JP2018036466A - 定着部材及びこれを用いた定着装置並びに定着部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性を高めるとともに、定着性を劣化させずに長手方向の破れを抑制可能な定着部材及びこれを用いた定着装置並びに定着部材の製造方法を提供する。【解決手段】厚さ方向に順に、基層と、弾性層と、架橋がなされた樹脂製の被覆層と、を備える定着部材であって、前記弾性層は、前記基層に接近する側で第１の線膨張係数Ｒ１を備え、かつ、前記被覆層に接近する側で第２の線膨張係数Ｒ２を備え、前記被覆層の線膨張係数をＳとするとき、Ｒ１＜Ｒ２≦Ｓなる条件を満たし、かつ、前記弾性層は、厚さ方向で第１の位置に対し、前記第１の位置より前記被覆層に近い第２の位置において、線膨張係数が低くないことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、定着部材及びこれを用いた定着装置並びに定着部材の製造方法に関する。

プリンタ、コピー機、ファクシミリ等の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として、フィルム形状やローラ形状のものがある。これら定着部材として、耐熱樹脂製或いは金属製のフィルム或いはローラ形状の基材上に、必要に応じて、耐熱ゴム等からなる弾性層が形成され、そして表層にはトナーに対して優れた離型性を有するフッ素樹脂を含むものが知られている。ここで、表層に含有させるフッ素樹脂としては、耐熱性に優れる、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が好ましく用いられる。

ところで、近年、印刷スピードの高速化に伴い、定着部材に求められる耐久性は更に高くなる傾向にある。特に、定着部材の表層材料は、記録材と接触するため記録材に因る摩耗が発生し易く、定着部材の短寿命化を起こしてしまうという課題が有った。この定着表層部材の摩耗という課題に対し、表層材料の耐摩耗性を高めるために、フッ素樹脂層を加熱溶融した状態において電子線を照射することで架橋させ、耐摩耗性を向上させる検討が多くなされてきた（特許文献１〜３）。

特許文献１では、温度、線量、酸素濃度を所定条件に設定した状態で、フッ素樹脂に電子線を当てて架橋させる方法、特許文献２では、押出成形をしつつ電子線を照射してフッ素樹脂チューブを作成する方法が示されている。また、特許文献３では、電子線架橋によって強化されたフッ素樹脂を摺動シートとして活用する方法が示されている。

特開２０１０−１５５４４３号広報 特開２０１３−１８９６５０号公報 特開２００６−９１４９９号公報

ここで、一般に高分子は架橋をすることによって耐摩耗性等の性質が向上することは知られているが、同時に、高分子の破断伸びや破断強度の低減も発生してしまう。特に、押出成形で作成されたチューブ体においては、電子線架橋後の破断伸びの低減が著しい。このため、架橋したチューブ体においては、定着フィルム製造時にフッ素樹脂のチューブ体を基材に被覆する際に拡張する場合、チューブの長手方向（スラスト方向）の破れが発生し易くなる。

また、使用時において周方向における繰り返し屈曲によっても長手方向の破れが発生してしまうという課題があった。特に、特許文献２に記載するような押出成形後に架橋をするような場合は、分子配向と垂直な方向への伸びが顕著に低下するため、使用時の長手方向の破れが発現し易いことが分かっている。また、繰り返しの昇温降温による熱履歴に因っても長手方向の破れが発生してしまうことも確認できている。

なお、この熱履歴に因る長手方向の破れを抑制する方法として、熱伝導フィラーの少ない線膨張係数の大きい弾性層を用いることが好ましいが、その場合、定着性が劣化し省エネ性が低下してしまうという課題が有った。

本発明の目的は、耐摩耗性を高めるとともに、定着性を劣化させずに長手方向の破れを抑制可能な定着部材及びこれを用いた定着装置並びに定着部材の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着部材は、厚さ方向に順に、基層と、弾性層と、架橋がなされた樹脂製の被覆層と、を備える定着部材であって、前記弾性層は、前記基層に接近する側で第１の線膨張係数Ｒ１を備え、かつ、前記被覆層に接近する側で第２の線膨張係数Ｒ２を備え、前記被覆層の線膨張係数をＳとするとき、
Ｒ１＜Ｒ２≦Ｓ
なる条件を満たし、かつ、前記弾性層は、厚さ方向で第１の位置に対し、前記第１の位置より前記被覆層に近い第２の位置において、線膨張係数が低くないことを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置は、上記定着部材と、該定着部材を加熱する、もしくは発熱させる部材と、前記定着部材に対向し、前記定着部材と共にニップ部を形成する対向部材と、を有し、前記定着部材を回転させて前記ニップ部で記録材を挟持搬送することを特徴とする。

また、本発明に係る定着部材の製造方法は、厚さ方向に順に、基層と、弾性層と、架橋がなされた樹脂製の被覆層と、を備え、前記弾性層は、前記基層に接近する側で第１の線膨張係数Ｒ１を備え、かつ、前記被覆層に接近する側で第２の線膨張係数Ｒ２を備え、前記被覆層の線膨張係数をＳとするとき、
Ｒ１＜Ｒ２≦Ｓ
なる条件を満たし、かつ、前記弾性層は、厚さ方向で第１の位置に対し、前記第１の位置より前記被覆層に近い第２の位置において、線膨張係数が低くない定着部材の製造方法であって、前記被覆層として樹脂を押出成形によって円筒形状に成型する第１の工程と、前記樹脂に対する電子線照射によって架橋を行う第２の工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、耐摩耗性を高めるとともに、定着性を劣化させずに長手方向の破れを抑制可能な定着部材及びこれを用いた定着装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の模式図である。 第１の実施形態に係る定着装置の模式図である。 第１の実施形態における定着フィルムの模式図である。 比較例における定着フィルムの模式図で、表層が長手方向に裂ける現象を説明する図でもある。 未架橋ＰＦＡチューブを被覆する際の工程の模式図である。 第１の実施形態における表層材料に対する歪みを説明する模式図である。 第２の実施形態における定着フィルムの模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図１は、本実施形態の定着部材及びこれを用いた定着装置を搭載した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によって予め帯電される。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ベルト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、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、シートＰを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト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。

シートの片面だけにトナー像を形成する場合、切り換えフラッパ６１の切り換えによりシートを排紙ローラ６３を介してシートを画像形成装置１の側面に配置されている排紙トレイ６４に排出する。もしくは、画像形成装置１の上面に配置されている排紙トレイ６５に排出する。

シートの両面にトナー像を形成する場合、定着器４０によってトナー像を定着されたシートＰは、実線の位置にいるフラッパ６１によって上方へ案内されて、後端が反転ポイントＲに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されて表裏反転される。その後、シートＰは、両面搬送路７０を搬送されて、片面画像形成と同様の過程を経て他方の面にトナー像を形成されて、排紙トレイ６４または排紙トレイ６５上に排出される。

なお、排紙ユニット６０は、回動支点軸６０Ｑによって、左右方向に回動するようになっている。

（定着装置）
次に、本実施形態に係る定着部材を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、定着装置としてフィルム加熱方式のもの（テンションレスタイプ）を用いた。本実施形態ではこのような定着装置を用いたが、ローラ対方式ややフィルム方式の定着装置でも実施可能である。

図２で、４３は加熱体（ヒータ部材）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、紙面に垂直な長手方向に細長い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、記録材の長手方向におけるサイズ（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。

（定着部材）
４１は定着部材として熱を伝達する加熱部材としての円筒状（エンドレス、無端状）の耐熱性のベルト部材である定着フィルムであり、その内面を加熱するヒータ４３を含む支持部材にルーズに外嵌させてある。本実施形態における定着フィルム４１は、図３に示すように、厚さ方向に順に基材（基層）４１ｂ、第１の弾性層４１ｄ、第２の弾性層４１ｃ、被覆層としての樹脂製の表層４１ａの４層を複合構造として備えた定着フィルムである。

表層４１ａとしては、厚さ１００μｍ以下、好ましくは１０〜７０μｍのフッ素樹脂材料を使用することができる。フッ素樹脂層としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。本実施形態では、厚さ１０μｍのＰＦＡチューブを用いた。

そして、金属層である基材（基層）４１ｂは、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することができる。例えば、ＳＵＳ、ニッケルなどの金属フィルムを使用できる。本実施形態では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。

第２の弾性層４１ｃは、表層４１ａと第１の弾性層４１ｄに挟まれている。また、表層４１ａと線膨張係数が近づくように、ゴム成分以外の熱伝導性を向上するため等に用いるフィラーの添加量を少なくした材料とした。本実施形態では、例えば、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ５０μｍのシリコーンゴムを用いた。

一方、第１の弾性層４１ｄは、第２の弾性層４１ｃと基層４１ｂに挟まれている。また、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、熱伝導性を高める為のフィラーを添加した。本実施形態では、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ２００μｍのシリコーンゴムを用いた。

（加圧ローラ）
図２で、４４は加圧部材（対向部材）としての耐熱性で弾性の加圧ローラであり、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。

そして、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の上面をローラ弾性層の弾性に抗して圧接させて、記録材が挟持搬送される加熱部としての所定幅の定着ニップ部を形成させてある。

ここで、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に回転力が作用する。そして、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。ヒータ４３を保持する部材であるヒーターホルダ４６は、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４３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となる。この状態において、定着ニップ部の定着フィルム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が導入される。そして、定着ニップ部において、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と一緒に搬送されていく。

この搬送過程において、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。

（温度制御）
図２で、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。

（定着部材の表層の長手方向の裂けの発生）
次に、記録材が定着装置へ連続的に搬送される際に、定着部材の表層が長手方向（スラスト方向）に裂ける現象の発生機構について、図４を用いて説明する。図４は、定着フィルムの回転時における最大歪み発生量の構造解析の結果を示した模式図である。この結果より、定着フィルム表面には、およそ３％の歪みが発生していることが分かる。

表層に用いられるＰＦＡ樹脂の降伏歪み（５％耐力）はおよそ１５％、破断歪みは２００〜６００％であるため、表層の塑性変形や裂けといった破断現象は理論上では発生しない。しかしながら、実際は塑性変形の発生よりも小さい歪みを繰り返し印加することによって、フッ素樹脂材料に疲労破壊が発生することが分かっている。

筆者らの検討によって、長手方向への裂けの発生は、表層樹脂と弾性層の熱膨張によって表層樹脂に生じる歪みであることが確認できている。定着装置を使用する際、記録材（記録紙）を定着ニップ部に通過させる通紙時と、記録材（記録紙）を定着ニップ部に通過させない非通紙時で定着ベルトの表面温度が急激に変化する。その急激な温度変化によって定着ベルトの弾性層と表層には膨張と収縮が発生し、その際の線膨張係数の差の分だけ、表層に対して引っ張り方向のひずみが生じる。この際の線膨張係数の差が歪みとなって表層へのダメージになると考えられている。

（電子線照射の工程）
次に、本実施形態に係る定着部材の作製方法として、特に電子線照射の工程について説明する。本実施形態では、基材と、ＰＦＡチューブを含む表層とを有する定着部材を用いた。電子線照射の工程は、以下に示す第１の工程（１）、第２の工程（２）を含む表層の形成工程である。

（１）第１の工程
基材の表面に押出成形によって円筒形状に成型したＰＦＡチューブを被覆する。

（２）第２の工程
ＰＦＡチューブのガラス転移点（Ｔｇ）以上、ＰＦＡチューブのＴｍより５０℃低い温度（Ｔｍ−５０℃）以下の温度範囲に調整しておく。そして、ＰＦＡチューブを含む膜の表面に、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下、電離性放射線を照射し、該膜中のＰＦＡチューブに下記構造式（１）で示される部分構造を形成せしめる。

以下、各工程について詳述する。

（第１の工程）
先ず、弾性層の表面に、未架橋のＰＦＡを含む膜を形成する。ここで、本実施形態において表層の主たる材料として用いるフッ素樹脂であるＰＦＡは、ポリテトラフルオロエチレン（以降、「ＰＴＦＥ」と略）と同等の耐熱性を持ちながら、ＰＴＦＥと比べ、溶融粘度が低い。そのため、加工性や平滑性に優れる。

本実施形態では、押出成形によって未架橋ＰＦＡを含むチューブ（以降、「未架橋ＰＦＡチューブ」ともいう））を作成する。この未架橋ＰＦＡチューブを、基材の周囲に被覆することによって、基材の表面に未架橋のＰＦＡを含む膜を形成する方法により、基材上にＰＦＡ表層の形成を行う。

図５は、未架橋ＰＦＡチューブを被覆する際の工程の模式図である。

（イ）基材４１ｂより直径が大きくなるように離型層チューブ４１ａを拡張し、その内側に基材４１ｂに弾性層４１ｃ、４１ｄを設け、弾性層４１ｃ、４１ｄ上に接着剤を塗布した複層構成からなる円筒状の部材を挿入する。

（ロ）離型層チューブ４１ａを長手方向（スラスト方向）に引っ張る
（ハ）長手方向（スラスト方向）に引っ張ることによって離型層チューブ４１ａがポアソン変形をし、円筒状部材の表面上に接する。これを加熱焼成することによって離型層チューブ４１ａと円筒状部材を接着させる。

ここで、離型層チューブを引っ張ることによりチューブの緩みを無くすことができ、使用時のしわ発生を防ぐことができる。しかしながら、引っ張る力が大きすぎる場合は、チューブ内の分子鎖が長手方向（スラスト方向）に配向してしまい、裂けなどが発生し易くなってしまうことが知られている。

（第２の工程）
次いで、この膜の温度を、該ＰＦＡチューブのガラス転移点（Ｔｇ）以上、該ＰＦＡのＴｍより５０℃低い温度（Ｔｍ−５０℃）以下の温度範囲に調整する。ＰＦＡを含む多くのフッ素樹脂は、常温下での電離性放射線照射では分解反応しか起こらない分解型の樹脂である。しかし、本発明者らの検討によると、ＰＦＡでは融点近傍までの加熱をしなくても、ガラス転移点以上の加熱で十分架橋反応が起こり、耐摩耗性が向上することが確認された。

ＰＴＦＥの場合、剛直で一本鎖に近い分子構造のＰＴＦＥを架橋させるためには、融点近傍加熱により、結晶を溶融させ、分子鎖が動き易い状態で電離性放射線の照射を行う必要がある。しかし、ＰＴＦＥとは異なり、側鎖を持つことで柔軟な非晶部分を有するＰＦＡは、ガラス転移点（Ｔｇ）以上で非晶部分が柔軟に動くことができるため、ガラス転移点（Ｔｇ）以上で電離性放射線の照射による架橋が可能となると考えられる。そのため、後述する第２の工程としての電離性放射線照射工程に供する、未架橋のＰＦＡを含む膜の温度は、ＰＦＡのガラス転移点（Ｔｇ）以上とすることが好ましい。

本工程は、上記第１の工程にて調整した温度範囲にある、未架橋のＰＦＡを含む膜の表面に、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下、電離性放射線を照射して、ＰＦＡに前記構造式（１）で示される部分構造を形成せしめる工程である。

そして、本工程で用いる電離性放射線としては、γ線、電子線、Ｘ線、中性子線、あるいは高エネルギーイオン等が挙げられる。中でも、装置の汎用性の観点から、電子線が好ましい。放射線の照射線量の目安としては、１〜１０００ｋＧｙ、特には、２００〜６００ｋＧｙの範囲内で、未架橋のＰＦＡに前記構造式（１）で示される架橋構造を形成させるに必要な量を適宜選択すればよい。

照射線量を上記の範囲内で設定することで、ＰＦＡの分子鎖が切断されることによって生成する低分子量成分の揮発によるＰＦＡの重量減少を抑制することができる。 本工程に係る電離性放射線の照射は、未架橋のＰＦＡを含む膜を、酸素が実質的に不在の雰囲気下で行うことが必要である。具体的な雰囲気としては、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下が好ましい。酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下であれば、真空下、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行なってもよい。コスト面から、窒素雰囲気下が好ましい。

（本実施形態に係る定着部材の製造方法）
次に、本実施形態に係る定着部材の製造方法について説明する。本実施形態では、図３に示されるような定着ベルトを用いた。すなわち、本実施形態では、表層４１ａとして、４５１ＨＰ−J（デュポン株式会社製）の押出成形によって作製された、厚さ１０μｍのＰＦＡチューブを用いた。また、基材４１ｂとしては、厚さ３０μｍ、直径２５ｍｍ、スラスト長さ３３０ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。

また、第１の弾性層４１ｄは、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ５０μｍのシリコーンゴムを用いた。そして、第２の弾性層４１ｃは、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。

この第２の弾性層４１ｃ上に接着剤として、液状シリコーンゴム混合物（商品名：ＳＥ１８１９ＣＶ、東レ・ダウコーニング株式会社製）を、リング形状の塗工ヘッドを用いて塗布して液状シリコーンゴム混合物の塗膜を形成した。そして、その上に表層４１ａの未架橋ＰＦＡチューブを被覆した。また、被覆後は、温度が１５０℃の状態にある該ＰＦＡ樹脂の膜の表面に対して、照射線量が１００ｋＧｙとなるように電子線を照射した。

ここで、本実施形態では、２層構成の弾性層は、基層に接近する側で第１の線膨張係数Ｒ１を備え、かつ、被覆層（表層）に接近する側で第２の線膨張係数Ｒ２を備え、被覆層（表層）の線膨張係数をＳとするとき、
Ｒ１＜Ｒ２≦Ｓ
なる条件を満たす。

かつ、本実施形態における弾性層は、厚さ方向で第１の位置に対し、第１の位置より被覆層（表層）に近い第２の位置において、線膨張係数が低くないようにする。これにより、本実施形態では、弾性層は、厚さ方向において線膨張係数の大小関係が逆転する位置（第１及び第２の位置）が無い。

具体的には、第１の位置と第２の位置が異なる層内の場合（すなわち、第１の位置が第１の弾性層４１ｄ、第２の位置が第２の弾性層４１ｃにある場合）は、第１の位置より被覆層（表層）に近い第２の位置において、線膨張係数が高い（低くない）。また、第１の位置と第２の位置が同じ層内の場合は、線膨張係数が同じため、第１の位置より被覆層（表層）に近い第２の位置において、線膨張係数が低くない。

本実施形態に係る定着部材の製造方法は、以下のように要約される。すなわち、被覆層として樹脂を押出成形によって円筒形状に成型する第１の工程と、樹脂に対する電子線照射によって架橋を行う第２の工程と、を有する。更には、第２の工程の前に、基層に弾性層が設けられた状態で被覆層を被覆する、もしくは被覆層をスラスト方向に引っ張る工程を有する。

本実施形態で実際に用いた定着部材の材料の線膨張係数および熱伝導率は、以下の表１に示す通りである。

（本実施形態におけるＰＦＡ樹脂の評価方法）
次に、本実施形態におけるＰＦＡ樹脂の評価方法について説明する。先ず、本実施形態におけるＰＦＡ樹脂中の架橋構造の評価方法について説明する。ＰＦＡ樹脂中の前記構造式（１）で示される構造の存在は、架橋構造の有無については、フッ素核を利用する核磁気共鳴分光法（１９Ｆ−ＮＭＲ）によって確認することができる。フッ素樹脂は溶ける溶媒を持たないので、測定は固体状態のまま行われる。ＰＦＡは、下記構造式（２）で示されるように、主鎖は直鎖状であり、側鎖部分以外は分岐構造を持たないことが知られている。

ここで、低酸素雰囲気下で、融点近傍にまで加熱した未架橋のＰＦＡに対して電子線を照射すると、ＰＦＡの分子鎖が切断され、架橋が起こり、下記構造式（１）で示されるような分岐構造が新たに形成される。

このようにして新たに形成されてなる、構造式（１）で示される部分構造中に新たに形成される三級炭素の隣の炭素上のフッ素は、１９Ｆ−ＮＭＲスペクトルにおいて、−１０３ｐｐｍ付近にピークを持つ。従って、１９Ｆ−ＮＭＲスペクトルにおける、−１０３ｐｐｍ付近への新たなこのピーク（架橋点ピーク）の出現をもって、上記構造式（１）で示される部分構造がＰＦＡ中に存在することを確認することができ、架橋構造の有無を判別できる。また、このときの測定温度は２５０℃で、ピーク値は外部標準として六フッ化ベンゼンを用いて決定されている。

本実施形態において、第２の工程を経て得られた定着フィルムの表層中のＰＦＡの分子内に上記構造式（１）で示される部分構造が形成されていることを確認するために、表層の一部を切り出し、１９Ｆ−ＮＭＲで分析した。その結果、−１０３ｐｐｍ近傍に新たなピークの発現が認められた。

（第１、第２の比較例の製造方法）
第１、第２の比較例として、図４に示されるような弾性層が単層（一層）の定着ベルトを用いた。具体的には、第１の比較例としては以下の構成を用いた。すなわち、基材４１ｂとしては厚さ３０μｍ、直径２５ｍｍ、スラスト長さ３３０ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。また、弾性層４１ｅは、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。

また、第２の比較例としては以下の構成を用いた。基材４１ｂとしては厚さ３０μｍ、直径２５ｍｍ、スラスト長さ３３０ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。また、弾性層４１ｅは、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ５０μｍのシリコーンゴムを用いた。その上に表層４１ａの未架橋ＰＦＡチューブを被覆し、温度が１５０℃の状態にある該ＰＦＡ樹脂の膜の表面に対して電子線を、照射線量が１００ｋＧｙとなるように電子線を照射した。

そして、その上に表層４１ａの未架橋ＰＦＡチューブを被覆し、温度が１５０℃の状態にある該ＰＦＡ樹脂の膜の表面に対して電子線を、照射線量が１００ｋＧｙとなるように電子線を照射した。

なお、比較例に用いた弾性層の物性は以下の表に示す通りである。

（比較例との比較）
次に、これらの定着フィルムを用いた場合の実用条件での耐久性と定着性について、本実施形態を第１、第２の比較例と比較した。本実験では、図２に示される定着装置を用いた。

耐久性の比較実験の条件としては、加圧力を総圧で３００Ｎ、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１７０℃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。寿命の判定条件としては、定着表層でスラスト方向に表層が裂けるまでのプリント枚数を「裂け寿命」として、いずれか一方が発生するまでの枚数を比較した。なお、耐久性は５０万枚まで継続して行い、それ以降は行わなかった。

また、定着性の比較実験の条件としては、同じく加圧力を総圧で３００Ｎ、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１７０℃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、記録材上にトナーが１．０ｍｇ／ｃｍ２積載された状態で通紙し、定着後のトナーに剥がれ等が無い場合を定着性良好として○、剥がれ等が発生してしまった場合を定着不良として×と判断した。

比較実験の結果を表にまとめると、以下の通りとなる。

先ず、定着性の結果に関して説明する。本実施形態、および第１の比較例では、定着性が良好であったが、第２の比較例では定着性が不良であった。これは、第１の比較例に用いた弾性層の熱伝導率が十分高いのに対し、第２の比較例に用いた弾性層の熱伝導率は低く、これにより必要な定着温度が上昇したためであると考えられる。また、本実施形態の場合は、第１の比較例の弾性層と第２の比較例の弾性層を複層で使っているため、定着性を満足することができたと考えられる。

次に、耐久性の結果に関して説明する。本実施形態、および第２の比較例では耐久性が良好であったが、第１の比較例では耐久性が著しく低下していた。これは、第１の比較例に用いた弾性層の線膨張係数が被覆層（表層）と近いためである一方、第２の比較例のように弾性層の線膨張係数が被覆層（表層）と遠いためであるといえる。

この要因を、図５と図６を用いて説明する。図５は比較例２の模式図である。比較例２では、定着ニップ部の外側ではベルト温度が高い状態になるため、熱膨張によって被覆層（表層）と弾性層が伸びる。そして、定着ニップ部の内部に入ると、紙と接触するため部材の温度は低下し、被覆層（表層）と弾性層が収縮する。このような状態が繰り返されると、定着表層に対して、熱膨張と収縮による繰り返しひずみが発生し、この繰り返しによって部材表層が破断してしまう。

これに対し、比較例１、本実施形態では図６のように、定着表層に隣接している弾性層の線膨張係数が表層材料とほぼ同じになっているため、繰り返しによるひずみが小さくなり、部材の破断が起きにくくなっている。これにより、耐久性が５０万枚となり、所定の耐久性を満足することができた。

このようにして、本実施形態では、弾性層を複層化し、各層の線膨張係数と熱伝導率を所望の値にすることにより、表層耐久性と定着性を両立することができた。

（複層の弾性層の物性に関する実験）
次に、本実施形態における複層の弾性層の物性に関して検討を行った。本実施形態では、図３に示した第１の弾性層４１ｄとして、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋ、第２の弾性層４１ｃとして、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムを用いた。弾性層の物性は、以下に示す通りである。

これらの弾性層を用い、第１の弾性層の厚みと第２の弾性層の厚みをそれぞれ変化させた条件において、前述の方法で耐久性と定着性の評価を行った。この場合の、耐久性、および定着性の結果をまとめると以下の通りとなる。

このように、第１の弾性層４１ｄと第２の弾性層４１ｃの厚みの合計が２５０μｍであるとき、第１の弾性層４１ｄの厚みが５０μｍ以上、１５０μｍ未満（１００μｍ以下）とすることで、表層耐久性と定着性を両立することができた。このとき、第２の弾性層４１ｃの厚みは１００μｍより大きく（１５０μｍ以上）、２００μｍ以下である。

そして、第１の弾性層４１ｄの厚みが５０μｍ未満の場合は、被覆層（表層）へのひずみを抑制することができず耐久寿命が低下していると考えられる。そして、第１の弾性層の厚みが１５０μｍ以上の場合は、熱伝導率の低下により、定着性が低下してしまっていると考えられる。

《第２の実施形態》
第１の実施形態では、定着部材として弾性層が線膨張係数が異なる複数の層を積層したものを用いたが、本実施形態では定着部材として図７に示されるような定着フィルムを用いる（層内で線膨張係数が異なる弾性層を用いる）。

ここで、本実施形態に係る定着部材の作製方法について説明する。本実施形態では、被覆層（表層）４１ａとして、４５１ＨＰ−J（デュポン株式会社製）の押出成形によって作製された、厚さ１０μｍのＰＦＡチューブを用いた。また、基材４１ｂとしては厚さ３０μｍ、直径２５ｍｍ、スラスト長さ３３０ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。

また、第１の弾性層４１ｆは、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムと、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムと、をスプレーによって塗布した。このときの塗布液の混合比を徐々に変化させることで、第１の弾性層４１ｆを形成した。

そして、この第１の弾性層４１ｆ上に接着剤として、液状シリコーンゴム混合物（商品名：ＳＥ１８１９ＣＶ、東レ・ダウコーニング株式会社製）を、リング形状の塗工ヘッドを用いて塗布して液状シリコーンゴム混合物の塗膜を形成する。そして、その上に被覆層（表層）４１ａの未架橋ＰＦＡチューブを被覆した。また、被覆後は、温度が１５０℃の状態にある該ＰＦＡ樹脂の膜の表面に対して電子線を、照射線量が１００ｋＧｙとなるように電子線を照射した。

（本実施形態における弾性層の積層方法）
本実施形態では、スプレーによって弾性層を作製した。スプレー用の塗布液としては、シリコーンゴムＡ（ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴム）と、シリコーンゴムＢ（ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴム）を用いた。また、基層側の弾性層の組成比をＡ＝１００％から塗布を開始し、弾性層の厚みに対して基層側から１０％（２５μｍ）厚くなる毎にＡ：Ｂ＝９０％：１０％とする。

そして、基層側から２０％（２５μｍ）厚くなる毎にＡ：Ｂ＝８０％：２０％とし、最終的に表層側の弾性層の組成比がＢ＝１００％となるように、徐々にＡ：Ｂの比率を変えて弾性層を作製した。

このようにして、本実施形態では、弾性層は、基層に接近する側で第１の線膨張係数Ｒ１を備え、かつ、被覆層（表層）に接近する側で第２の線膨張係数Ｒ２を備え、被覆層（表層）の線膨張係数をＳとするとき、
Ｒ１＜Ｒ２≦Ｓ
なる条件を満たす。そして、弾性層は、被覆層に接近する側から基層に接近する側にかけて線膨張係数が順次小さくなる。

（比較例との比較）
次に、本実施形態における定着部材としての定着フィルムを用いた場合の実用条件での耐久性と定着性について、前述した第１、第２の比較例と比較した。なお、第１の比較例、および第２の比較例は、第１の実施形態に示される定着ベルトと同じ部材を用いた。そして、本実験では、図２に示される定着装置を用いた。

耐久性の比較実験の条件としては、加圧力を総圧で３００Ｎ、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１７０℃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。寿命の判定条件としては、定着表層で長手方向（スラスト方向）に被覆層（表層）が裂けるまでのプリント枚数を「裂け寿命」として、いずれか一方が発生するまでの枚数を比較した。なお、耐久性は５０万枚まで継続して行い、それ以降は行わなかった。

また、定着性の比較実験の条件としては、同じく加圧力を総圧で３００Ｎ、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１７０℃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、記録材上にトナーが１．０ｍｇ／ｃｍ２積載された状態で通紙し、定着後のトナーに剥がれ等が無い場合を定着性良好として○、剥がれ等が発生してしまった場合を定着不良として×と判断した。比較実験の結果を表にまとめると、以下の通りとなる。

このように、本実施形態においても、表層耐久性と定着性を両立することができた。

（変形例）
上述した実施形態では、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。

（変形例１）
第１の実施形態では、２層で構成される弾性層を用いたが、３層以上で構成される弾性層としても良い。すなわち、この場合に３層以上で構成される弾性層が、基層に接近する側で第１の線膨張係数Ｒ１を備え、かつ、被覆層（表層）に接近する側で第２の線膨張係数Ｒ２を備え、被覆層（表層）の線膨張係数をＳとするとき、
Ｒ１＜Ｒ２≦Ｓ
なる条件を満たす。

かつ、弾性層は、厚さ方向で第１の位置に対し、第１の位置より被覆層（表層）に近い第２の位置において、線膨張係数が低くないようにする。具体的には、第１の位置と第２の位置が異なる層内の場合は、第１の位置より被覆層（表層）に近い第２の位置において、線膨張係数が高い（低くない）ようにする。また、第１の位置と第２の位置が同じ層内の場合は、線膨張係数が同じため、第１の位置より被覆層（表層）に近い第２の位置において、線膨張係数が低くない。

（変形例２）
上述した実施形態では、定着部材としての定着ベルトを加熱体としてのヒータで加熱したが、励磁コイルで電磁誘導により加熱するものであっても良い。また、電極を介し通電により定着ベルトが発熱するものであっても良い。

（変形例３）
上述した実施形態では、記録材として記録紙を説明したが、本発明における記録材は紙に限定されるものではない。一般に、記録材とは、画像形成装置によってトナー像が形成されるシート状の部材であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、ＯＨＰシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材Ｐの扱いを給紙、排紙などの用語を用いて説明したが、これによって本発明における記録材が紙に限定されるものではない。

（変形例４）
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限らず、画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置（この場合も定着装置と呼ぶ）にも同様に適用可能である。

４１・・定着フィルム、４１ａ・・被覆層（表層）、４１ｂ・・基材（基層）、４１ｃ・・第２の弾性層、４１ｄ・・第１の弾性層

Claims (12)

1. 厚さ方向に順に、基層と、弾性層と、架橋がなされた樹脂製の被覆層と、を備える定着部材であって、
   前記弾性層は、前記基層に接近する側で第１の線膨張係数Ｒ１を備え、かつ、前記被覆層に接近する側で第２の線膨張係数Ｒ２を備え、
   前記被覆層の線膨張係数をＳとするとき、
   Ｒ１＜Ｒ２≦Ｓ
   なる条件を満たし、
   かつ、前記弾性層は、厚さ方向で第１の位置に対し、前記第１の位置より前記被覆層に近い第２の位置において、線膨張係数が低くないことを特徴とする定着部材。
2. 前記被覆層は、フッ素樹脂からなる層であることを特徴とする請求項１に記載の定着部材。
3. 前記弾性層は、前記第１の線膨張係数Ｒ１を備える第１の弾性層と、前記第２の線膨張係数Ｒ１を備える第２の弾性層と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の定着部材。
4. 前記第１の弾性層と前記第２の弾性層の厚みの合計が２５０μｍであり、
   前記第１の弾性層の厚みが、５０μｍ以上、１５０μｍ未満であり、
   前記第２の弾性層の厚みが、１００μｍより大きく、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の定着部材。
5. 前記弾性層は、前記被覆層に接近する側から前記基層に接近する側にかけて線膨張係数が順次小さくなることを特徴とする請求項１または２に記載の定着部材。
6. 前記基層は、金属層または樹脂層からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着部材。
7. 無端状のベルト部材であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着部材。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着部材と、
   該定着部材を加熱する、もしくは発熱させる部材と、
   前記定着部材に対向し、前記定着部材と共にニップ部を形成する対向部材と、
   を有し、
   前記定着部材を回転させて前記ニップ部で記録材を挟持搬送することを特徴とする定着装置。
9. 前記定着部材を加熱するヒータ部材が前記定着部材の内面に接触することを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
10. 前記対向部材は加圧ローラであることを特徴とする請求項８または９に記載の定着装置。
11. 厚さ方向に順に、基層と、弾性層と、架橋がなされた樹脂製の被覆層と、を備え、
    前記弾性層は、前記基層に接近する側で第１の線膨張係数Ｒ１を備え、かつ、前記被覆層に接近する側で第２の線膨張係数Ｒ２を備え、
    前記被覆層の線膨張係数をＳとするとき、
    Ｒ１＜Ｒ２≦Ｓ
    なる条件を満たし、
    かつ、前記弾性層は、厚さ方向で第１の位置に対し、前記第１の位置より前記被覆層に近い第２の位置において、線膨張係数が低くない定着部材の製造方法であって、
    前記被覆層として樹脂を押出成形によって円筒形状に成型する第１の工程と、
    前記樹脂に対する電子線照射によって架橋を行う第２の工程と、
    を有することを特徴とする定着部材の製造方法。
12. 前記第２の工程の前に、前記基層に前記弾性層が設けられた状態で前記被覆層を被覆する、もしくは前記被覆層をスラスト方向に引っ張る工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の定着部材の製造方法。