JP2019035911A - 摺動部材およびその製造方法、ならびに、定着装置用摺動部材、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い熱伝導性および摺動性を併せ持ち、高い均熱効果を発揮することができてしかも長期間にわたって使用することを可能とする摺動部材を得る。【解決手段】摺動部材３３は、主表面３３ｓを有し、等方性グラファイトから形成された基材３３ａと、主表面３３ｓ上に設けられ、摺動面３３ｔを構成するコート層３３ｂと、を備え、コート層３３ｂの摺動面３３ｔの摩擦係数は、コート層３３ｂが主表面３３ｓ上に設けられずに主表面３３ｓが露出している状態での主表面３３ｓの摩擦係数よりも低い。【選択図】図２

Description

本発明は、摺動部材およびその製造方法、ならびに、定着装置用摺動部材、定着装置および画像形成装置に関する。

摺動部材は、摺動面を有している。摺動部材は、この摺動部材以外の部材と摺動面とが互いに摺動するように配置されることで、種々の機能を発揮することができる。複写機、プリンター、ファクシミリ、および複合機等の画像形成装置は、定着装置を備えている。摺動部材はたとえば、画像形成装置の定着装置の中で、定着装置用摺動部材として用いられる。

定着装置（いわゆるパッド加圧型の定着装置）は、互いに対向して共に回転するローラーおよび無端ベルトと、上記無端ベルトの内周面側に配置される押圧部材と、上記押圧部材と上記無端ベルトとの間に配置される定着装置用摺動部材と、を備える。押圧部材は、定着装置用摺動部材を介して無端ベルトをローラーに対して押圧する。無端ベルトとローラーとの間にニップ部が形成される。記録媒体はニップ部に導かれ、記録媒体上のトナー画像は、ニップ部において加熱および加圧されることにより記録媒体上に定着する。

上記のような構成を備えた定着装置においては、記録媒体がニップ部を通過する際に、記録媒体が無端ベルトおよびローラーに接触する。無端ベルトのうちの記録媒体に接触する部分（たとえば無端ベルトの軸方向における中央部）は、記録媒体によって熱を奪われる。無端ベルトのうちの記録媒体に接触しない部分（端部）は、記録媒体によって熱を奪われることがない。

無端ベルトの軸方向における中央部と端部との間には、温度差が形成されやすい。このような温度差は、無端ベルトの耐用期間に影響し得る。温度差が形成されることにより、無端ベルトの軸方向における中央部に比べて端部が早期に寿命に到達し、結果として、無端ベルト全体としての耐用期間が、無端ベルトの軸方向における端部の寿命に律速されることがあり得る。

下記の特許文献１（特開２０１６−０９９５９０号公報）に開示された定着装置は、ニップ形成部材と称される構成を備えている。このニップ形成部材は、均熱部材を有しており、無端ベルトの内周面に接触するように配置される。特許文献１は、均熱部材を有していることにより、無端ベルトの軸方向における中央部と端部との間の温度差を小さくすることができると述べている。特許文献１の中では、均熱部材の材料として、金、銀、銅、およびグラファイトが挙げられている。

下記の特許文献２（特開２０１６−１１４７４３号公報）に開示された定着装置は、ヒーター部材、第１伝熱部材および第２伝熱部材を備えている。ヒーター部材は、第１伝熱部材を介して無端ベルトの内周面に接触しており、ヒーター部材と第１伝熱部材との間に弾性を有する第２伝熱部材が設けられている。特許文献２の中では、第１伝熱部材の材料として、銅およびアルミが挙げられている。第２伝熱部材の材料として、異方性の熱伝導率を有するグラファイトシートが挙げられている。特許文献２には、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の材料を用いた表面処理が第１伝熱部材に実施されていてもよいとの開示もある。

下記の特許文献３（特開平０７−２９５４０９号公報）に開示された定着装置においては、フィルムに摺動するように定着用ヒーターが配置されており、定着用ヒーターの絶縁保護膜上に中間層を介して潤滑保護膜が形成されている。潤滑保護膜の構成例としては、ダイヤモンド結晶、グラファイト結晶、およびアモルファス状カーボンの混合物からなるＤＬＣ膜（ダイアモンドライクカーボン膜）などが挙げられている。

特開２０１６−０９９５９０号公報 特開２０１６−１１４７４３号公報 特開平０７−２９５４０９号公報

グラファイト（たとえば、炭素純度が９８ａｔｏｍ％以上であるグラファイト）は、熱伝導率が高く、耐熱性も高いといった特徴を有している。摺動部材の摺動面を構成する部材にグラファイトを適用した場合には、高い均熱効果を期待でき、たとえば、無端ベルトの軸方向における中央部と端部との間に生じ得る温度差を小さくできる。しかしながら、摺動部材の摺動面がグラファイトそのもの（たとえば、炭素純度が９８ａｔｏｍ％以上であるグラファイトの単体）から構成されている場合には、摺動面の摩耗が進行しやすく、摺動部材として実用的ではない。

ここで、グラファイトの種類としては、異方性グラファイトと、等方性グラファイトとが挙げられる。異方性グラファイトの熱伝導率は、等方性グラファイトの熱伝導率よりも１０倍以上高い。異方性グラファイトは、厚み方向における結合力が弱く、へき開性を有しているため、低摩擦性を示す。異方性グラファイトは、摩擦係数が低く、固体潤滑剤としても機能し得る。異方性グラファイトを摺動部材として利用すれば、高い均熱性を有する摺動部材となりうる。

しかしながら、異方性グラファイトの強度および耐摩耗性は、それぞれ、等方性グラファイトの強度および耐摩耗性よりも１／１０以上弱い。したがって、異方性グラファイト単体を摺動部材として用いた場合には、摺動面の摩耗が進行しやすく、摺動部材として実用的ではない。これに対し、等方性グラファイトの熱伝導率は、異方性グラファイトの熱伝導率に比べて低いが、たとえば５０〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、アルミ合金と同等の熱伝導率を有する等方性グラファイトも存在している。

近年、コストダウンおよび省エネルギー化などがますます要請されている。このような要請を実現するために摺動部材においては、高い熱伝導性と高い摺動性とを併せ持つことによって、高い均熱効果を発揮することができてしかも長期間にわたって使用することを可能とする摺動部材が求められている。上述のとおり特許文献１〜３には、グラファイトを用いて摺動部材を構成することが提案されている。

特許文献１，３には、等方性グラファイトや異方性グラファイトに関する具体的な記載はない。特許文献２においては、複数の部材を多層構造にすることにより摺動部材を構成することで、摺動部材が有する均熱性の向上を図っている。第２伝熱部材の材料として、異方性の熱伝導率を有するグラファイトシートが挙げられている。摺動部材が特許文献２に開示されているように複数の部材による多層構造から構成される場合、部材間の密着性が摺動部材の均熱性に影響を及ぼす。部材間の空気層を排除するために、たとえば、導電性グリスなどを摺動部材に塗布することが考えられる。

しかしながら、グリスの基油自体の熱伝導率は低く、仮に、カーボン、グラファイト、および金属など、高い熱伝導性を有するフィラーをグリスに含有させたとしても、摺動部材の熱伝導性とグリスの熱伝導性との間には大きな乖離があるため、摺動部材全体としての十分な均熱効果を得ることは難しい。摺動部材にグラファイトを用いた場合、グリスがグラファイトに浸透して摺動部材が脆くなる可能性もある。高温高圧下で摺動が行なわれるパッド型の定着装置にそのような摺動部材を採用した場合、グラファイトに亀裂が生じる可能性があり、十分な均熱効果を得ることも容易ではない。

本発明は、上述のような実情に鑑みて創作されたものであって、高い熱伝導性と高い摺動性とを併せ持つことによって、高い均熱効果を発揮することができてしかも長期間にわたって使用することを可能とする摺動部材、およびその製造方法を提供することを目的とする。本発明は併せて、このような目的を実現可能な定着装置用摺動部材、ならびに、そのような定着装置用摺動部材を備えた定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく摺動部材は、主表面を有し、等方性グラファイトから形成された基材と、上記主表面上に設けられ、摺動面を構成するコート層と、を備え、上記コート層の上記摺動面の摩擦係数は、上記コート層が上記主表面上に設けられずに上記主表面が露出している状態での上記主表面の摩擦係数よりも低い。

上記摺動部材において好ましくは、上記コート層は、アモルファスカーボン膜から形成され、上記等方性グラファイトの炭素純度は、９８ａｔｏｍ％以上である。

上記摺動部材において好ましくは、上記基材は、上記等方性グラファイトと、上記等方性グラファイト上に設けられ、上記主表面を構成する異方性グラファイト薄層とから形成されている。

上記摺動部材において好ましくは、上記主表面は、上記等方性グラファイトから構成され、上記コート層が上記主表面上に設けられずに上記主表面が露出している状態では、上記等方性グラファイトの上記主表面の表面粗さＲａは、１．０未満である。

上記摺動部材においては、上記コート層の上記摺動面に、潤滑剤が塗布されていても構わない。

上記摺動部材においては、上記潤滑剤が、フッ素グリスから構成されていても構わない。

上記摺動部材においては、上記潤滑剤が、シリコーンオイルから構成されていても構わない。

本発明に基づく定着装置用摺動部材は、定着装置に用いられる定着装置用摺動部材であって、上記定着装置は、互いに対向して共に回転するローラーおよび無端ベルトと、上記無端ベルトの内周面側に配置され、上記無端ベルトを上記ローラーへ向けて押圧することにより上記無端ベルトを上記ローラーとの間で挟む押圧部材と、上記押圧部材と上記無端ベルトとの間に配置される上記定着装置用摺動部材とを備え、上記定着装置用摺動部材は、本発明に基づく上記の摺動部材である。

上記定着装置用摺動部材において好ましくは、上記等方性グラファイトの熱伝導率は、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、上記等方性グラファイトのヤング率は、１０ＧＰａ以上である。

上記定着装置用摺動部材において好ましくは、上記等方性グラファイトの厚みは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

本発明に基づく定着装置は、本発明に基づく上記の定着装置用摺動部材を備えるように構成されている。

本発明に基づく画像形成装置は、本発明に基づく上記の定着装置を備えるように構成されている。

本発明のある局面に基づく摺動部材の製造方法は、本発明に基づく上記の摺動部材を製造する、摺動部材の製造方法であって、上記主表面上に、上記アモルファスカーボン膜を製膜により形成する工程を備える。

本発明のある局面に基づく摺動部材の製造方法は、本発明に基づく上記の摺動部材を製造する、摺動部材の製造方法であって、１，０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する異方性グラファイトシートを準備する工程と、加熱された上記異方性グラファイトシートが上記等方性グラファイト上に押し付けられた状態でこれらの間に剪断力を発生させることで、上記等方性グラファイト上に上記異方性グラファイト薄層を形成する工程と、を備える。

上記の構成によれば、高い熱伝導性と高い摺動性とを併せ持つことによって、高い均熱効果を発揮することができてしかも長期間にわたって使用することを可能とする摺動部材を得ることができる。

実施の形態における画像形成装置１を示す図である。 実施の形態における定着装置３０を示す図である。 実施の形態における定着装置用摺動部材３３（摺動部材）を示す断面図である。 図３中のＩＶ線に囲まれた領域を拡大して示す断面図である。 コート層３３ｂが基材３３ａの主表面３３ｓ（等方性グラファイト）上に設けられずに主表面３３ｓが露出している基材３３ａを示す断面図である。 実施の形態の変形例における定着装置用摺動部材３３Ｅ（摺動部材）を示す断面図である。 図６中のＶＩＩ線に囲まれた領域を拡大して示す断面図である。 実施の形態の変形例における定着装置用摺動部材の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態およびその変形例に関する検証実験、およびその結果を示す図である。 実施の形態およびその変形例に関する検証実験で使用した基材Ａおよび中間層Ａの仕様を示す図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。以下の実施の形態は、画像形成装置の定着装置に適用された摺動部材（すなわち、定着装置用摺動部材）に基づいて説明する。

以下の実施の形態で開示する摺動部材としての技術的思想は、定着装置や画像形成装置への適用に限られない。以下の実施の形態で開示する摺動部材としての技術的思想は、摺動部材の摺動面とこの摺動部材以外の部材とが互いに摺動するように構成された摺動部材であれば、任意の技術分野に適用可能である。

［画像形成装置１］
図１は、実施の形態における画像形成装置１を示す図である。画像形成装置１は、イメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄ、中間転写ベルト２１、および定着装置３０などを備える。イメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄの各々は、感光体１１、帯電装置１２、潜像形成装置１３、現像装置１４、およびクリーニング装置１５を備える。イメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄの現像装置１４は、たとえば、黒色、黄色、マゼンダ色、およびシアン色のトナーをそれぞれ収容している。

イメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄの各々においては、感光体１１の表面が帯電装置１２によって帯電される。帯電された感光体１１の表面は、潜像形成装置１３により露光される。感光体１１の表面に、画像情報に応じた静電潜像が形成される。静電潜像に現像装置１４からトナーが供給されることで、感光体１１の表面にトナー画像が形成される。

中間転写ベルト２１は、駆動ローラー２０ａと回転ローラー２０ｂとに掛け渡される。イメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄの各々の感光体１１の表面に形成されたトナー画像は、感光体１１と一次転写ローラー２２との間の一次転写部において、中間転写ベルト２１の上に順々に転写される。転写後に感光体１１の表面に残留したトナーは、クリーニング装置１５によって感光体１１の表面から除去される。

中間転写ベルト２１上で重ね合わされたトナー画像は、中間転写ベルト２１の周回移動により、中間転写ベルト２１と二次転写ローラー２３とが相互に対向している位置（二次転写部）に搬送される。画像形成装置１内に収容された記録媒体Ｓは、給紙ローラー２４およびタイミングローラー２５によって適切なタイミングで中間転写ベルト２１と二次転写ローラー２３との間の位置に導かれる。

中間転写ベルト２１上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト２１と二次転写ローラー２３との間の二次転写部において、記録媒体Ｓ上に転写される。転写後に中間転写ベルト２１の表面に残留したトナーは、クリーニング装置２６によって中間転写ベルト２１の表面から除去される。トナー画像が転写された記録媒体Ｓは、定着装置３０に導かれる。記録媒体Ｓ上に転写された未定着のトナー画像は、定着装置３０において記録媒体Ｓ上に定着される。トナー画像が定着された記録媒体Ｓは、排紙ローラー２７によって排紙される。

［定着装置３０］
図２は、実施の形態における定着装置３０を示す図である。定着装置３０は、ローラー３１、無端ベルト３２、定着装置用摺動部材３３、加熱ローラー３４、および、押圧部材３５を備える。

ローラー３１は、芯金３１ａと弾性層３１ｂとを有する。弾性層３１ｂは、ゴムまたはスポンジから形成され、芯金３１ａの外周に設けられる。ローラー３１および無端ベルト３２は、これらの外周面同士が互いに対向するように配置される。ローラー３１を回転させることで、ローラー３１に接触している無端ベルト３２も共に回転する。

定着装置用摺動部材３３、加熱ローラー３４、および押圧部材３５は、無端ベルト３２の内周面３２ｓ側に配置される。定着装置用摺動部材３３は、押圧部材３５と無端ベルト３２の内周面３２ｓとの間に配置され、無端ベルト３２の内周面３２ｓに接触している。押圧部材３５は、定着装置用摺動部材３３を介して無端ベルト３２をローラー３１へ向けて押圧する。無端ベルト３２は、定着装置用摺動部材３３（後述する摺動面３３ｔ）とローラー３１の外周面との間で挟まれる。ローラー３１の外周面と無端ベルト３２の外周面との間にニップ部Ｎが形成される。

定着装置用摺動部材３３に対してローラー３１とは反対側の位置に、加熱ローラー３４が配置される。加熱ローラー３４の内部には、ハロゲンランプ等の加熱装置３４ａが設けられる。無端ベルト３２の一部は、加熱ローラー３４に架け渡され、加熱ローラー３４によって加熱される。無端ベルト３２を加熱させる方式は、無端ベルト３２をＩＨで加熱させる方式や、無端ベルト３２を抵抗発熱体等で加熱させる方式であってもよい。

トナー画像ｔが転写された記録媒体Ｓは、定着装置３０のニップ部Ｎに挿通され、ニップ部Ｎにおいて加熱および加圧される。上述のとおり、トナー画像ｔが定着された記録媒体Ｓは、排紙ローラー２７（図１）によって排紙される。

［定着装置用摺動部材３３］
図３は、実施の形態における定着装置用摺動部材３３（摺動部材）を示す断面図である。図４は、図３中のＩＶ線に囲まれた領域を拡大して示す断面図である。図２から図４に示すように、定着装置用摺動部材３３は、基材３３ａおよびコート層３３ｂを備えている。

（基材３３ａ）
基材３３ａは、等方性グラファイトから形成され、主表面３３ｓを有している。詳細は後述するが、主表面３３ｓ上にはコート層３３ｂが設けられる。等方性グラファイトは、サブミクロンの大きさを有する複数の微粒子から構成され、多孔質状の構造を呈している。

等方性グラファイトの炭素純度は、たとえば９８ａｔｏｍ％以上である。コート層３３ｂがダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）から構成される場合には、等方性グラファイトの炭素純度が９８ａｔｏｍ％以上であることにより、基材３３ａ（等方性グラファイト）とコート層３３ｂ（ダイヤモンドライクカーボン）との間の結合力が強くなり、コート層３３ｂ（ダイヤモンドライクカーボン）の被膜強度を向上させることが可能となる。

図４に示すように、等方性グラファイトの表層部分は、複数のグラファイト微粒子３３ａｓから構成されており、数ミクロンの大きさを有する凹凸が形成されている。本実施の形態においては、基材３３ａの主表面３３ｓは、等方性グラファイト（凹凸を呈する複数のグラファイト微粒子３３ａｓ）から構成されている。

上述のとおり、グラファイトの種類としては、異方性グラファイトと、等方性グラファイトとが挙げられる。異方性グラファイトは一般的に、十数μｍ〜数十μｍの厚みを有する薄層シートから構成される。異方性グラファイトの平面方向の熱伝導率は、たとえば、１，０００Ｗ／ｍ・Ｋ〜２，０００Ｗ／ｍ・Ｋである。一方、異方性グラファイトの厚み方向の熱伝導率は、たとえば１Ｗ／ｍ・Ｋ〜数十Ｗ／ｍ・Ｋであり、平面方向の熱伝導率に比べて極端に低い。異方性グラファイトは、厚み方向における結合力が弱く、へき開性を有しており、破損しやすいといった特徴を有する。

一方、等方性グラファイトは、ブロック状、シート状、プレート状、半円状など、様々な形状を有するように作製されることが可能である。等方性グラファイトの熱伝導率は、異方性グラファイトの熱伝導率に比べると低く、たとえば５０Ｗ／ｍ・Ｋ〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋである。しかしながら、等方性グラファイトの強度は、異方性グラファイトの強度よりも強く、等方性グラファイトは異方性グラファイトに比べて破損しにくいという特徴を有する。

基材３３ａに用いる等方性グラファイトとしては、熱伝導率、強度および炭素純度という点で、最適な特性を有するものが選択される。基材３３ａの均熱性に鑑みると、等方性グラファイトの熱伝導率は、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。基材３３ａの強度に鑑みると、等方性グラファイトのヤング率は、１０ＧＰａ以上であることが好ましい。コート層３３ｂ（ダイヤモンドライクカーボン）の被膜強度に鑑みると、等方性グラファイトの炭素純度は、９８ａｔｏｍ％以上であることが好ましい。

基材３３ａに用いる等方性グラファイトの厚みＴＨ１（図３）は、基材３３ａの剛性および熱容量に鑑みて、たとえば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。１ｍｍ以上である場合には、基材３３ａの剛性および曲げ強度が向上しやすく、１０ｍｍ以下である場合には、熱容量が低くなることにより、平面方向の熱伝導率が向上し、均熱性も向上する。ここで述べている等方性グラファイトの厚みＴＨ１とは、定着装置用摺動部材３３の断面をＳＥＭ観察し、各層の界面のコントラストに基づき基材３３ａやコート層３３ｂなどを特定した上で、基材３３ａ（等方性グラファイト）の厚みＴＨ１を測定することにより得られる値である。

図５は、コート層３３ｂが基材３３ａの主表面３３ｓ（等方性グラファイト）上に設けられずに主表面３３ｓが露出している基材３３ａを示す断面図である。基材３３ａ（等方性グラファイト）の表面粗さに関して、コート層３３ｂが基材３３ａの主表面３３ｓ（等方性グラファイト）上に設けられずに主表面３３ｓが露出している状態では（図５に示す状態では）、基材３３ａ（等方性グラファイト）の主表面３３ｓの表面粗さＲａは、均一なコート層３３ｂを形成するという観点により、できる限り小さい方が好ましく、たとえば１．０未満である。上述のとおり、等方性グラファイトは多孔質状の構造を呈している。フライス盤による粗研磨によって表面粗さＲａを３．０未満に設定可能であり、ホーニング加工およびラッピング加工をさらに施すことによって表面粗さＲａを１．０未満に設定可能である。

ここで述べている表面粗さＲａの値は、表面粗さ測定機（東京精密社製、ＳＵＲＦＣＯＭ ４８０Ａ）（「ＳＵＲＦＣＯＭ」は登録商標）を使用して、カットオフ値を０．８に設定し、測定箇所を１０カ所に設定し、一カ所当たりの測定長を０．３に設定し、主表面３３ｓの凸部の表面粗さを測定し、測定されたデータを合算し、測定長を３ｍｍとしてＲａを算出することにより得られる値である。

以上のような各特徴を備えることが可能な基材３３ａの等方性グラファイトは、具体的にはたとえば、東洋炭素社製のＩＳＥＭ−３（熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ）から作製されることが可能である。たとえば、ブロック状の形状を有する等方性グラファイトを準備し、その表面を切削し、長手方向の長さを３６０ｍｍに設定し、短手方向の長さを２０ｍｍに設定し、厚みを３ｍｍに設定する。等方性グラファイトの表面のうち、主表面３３ｓを構成することが予定されている側の表面（片面）を、フライス加工により粗く研磨した後、ホーニング加工によって仕上げ研磨を行なう。これにより、１未満の表面粗さＲａを有する主表面３３ｓが基材３３ａに形成される。定着装置用摺動部材３３の無端ベルト３２（図２）に接触する部分のうち、基材３３ａの入口側に位置する部分と出口側に位置する部分とには、５Ｒ（５ｍｍ）の曲率半径を有する曲面を設けてもよい。

（コート層３３ｂ）
図２〜図４を参照して、上述のとおり、コート層３３ｂは基材３３ａの主表面３３ｓ上に設けられる。コート層３３ｂのうち、主表面３３ｓに結合している側の表面とは反対側の表面は、定着装置用摺動部材３３の摺動面３３ｔを構成する。定着装置用摺動部材３３は、定着装置用摺動部材３３以外の部材と摺動面３３ｔとが互いに摺動するように配置されることで、種々の機能（たとえば、無端ベルト３２とローラー３１との間にニップ部Ｎを形成させるという機能）を発揮することができる。

定着装置用摺動部材３３においては、摺動面３３ｔは、基材３３ａ（等方性グラファイト）の主表面３３ｓによっては構成されておらず、コート層３３ｂの表面により構成されている。コート層３３ｂの摺動面３３ｔの摩擦係数は、コート層３３ｂが主表面３３ｓ上に設けられずに主表面３３ｓが露出している状態（図５に示す状態）での主表面３３ｓの摩擦係数よりも低い。ここでいう摺動面３３ｔの摩擦係数とは、摺動面３３ｔに後述する潤滑剤が塗布されていない状態での摺動面３３ｔの摩擦係数である。コート層３３ｂの摺動面３３ｔの摩擦係数は、たとえば０．１以下であり、コート層３３ｂが主表面３３ｓ上に設けられずに主表面３３ｓが露出している状態（図５に示す状態）での主表面３３ｓの摩擦係数は、たとえば約０．２である。

このような特性を発揮可能な低摩擦性を有するコート層３３ｂは、たとえば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）としても知られるアモルファスカーボン膜から形成されることができる。コート層３３ｂは、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、二硫化タングステン（ＷＳ_２）、および、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂から形成されることもできる。コート層３３ｂは、これらのうちのアモルファスカーボン膜（ＤＬＣ）から形成されているとよい。アモルファスカーボン膜（ＤＬＣ）は、炭素（基材３３ａ）との間で良好な被膜性を発揮することができ、耐摩耗性に優れており、ドライおよびオイル潤滑のどちらにも適合可能である。

（アモルファスカーボン膜（ＤＬＣ））
本実施の形態において、コート層３３ｂの材料として用いられるアモルファスカーボン膜は、耐熱性、低摩擦性、高硬度性、および熱伝導性を有しており、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）と言い換えることもできる。

ＤＬＣは、グラファイト構造（ｓｐ２型結晶）の中でダイヤモンド構造（ｓｐ３型結晶）を部分的に有した構造を呈しており、低い摩擦係数と高い耐摩耗性とを有する。定着装置用摺動部材３３（コート層３３ｂ）の摺動面３３ｔと無端ベルト３２の内周面３２ｓとが相互に接触している状態でこれらが相対的に移動する時、これらの間にはせん断力が発生する。低い摩擦係数を有する材料（ここではＤＬＣ）をコート層３３ｂの構成要素として用いることで、これらの間に生じするせん断力の値を小さくすることが可能となる。

コート層３３ｂの厚みＴＨ２（図３）は、たとえば０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。０．５μｍ以上の場合、平面方向における良好な熱伝導率が得られ、熱容量が小さくなりすぎることもなく、所望の均熱効果が得られやすく、耐摩耗性が低下することもない。５μｍ以下の場合には、熱容量が大きくなりすぎることもなく、平面方向における熱伝導率が低下しすぎることもなく、所望の均熱効果が得られやすい。膜が不均一に形成されることも抑制され、強度が低下したり、耐摩耗性が低下したりすることもない。

定着装置用摺動部材３３の製造方法に関して、コート層３３ｂとしてのアモルファスカーボン膜は、基材３３ａの主表面３３ｓ上に、製膜により形成することができる。たとえば、ＵＢＭ（ＵｎＢａｌａｎｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｏｒｏｎ）スパッタ法を使用して、基材３３ａの全面表層にＤＬＣ膜を被覆する。この際たとえば、６インチ径を有するＵＢＭスパッタ源（ターゲット：カーボン）を用いて、Ａｒガス圧を０．４Ｐａに設定し、投入ＤＣ電力を約６Ｗ／ｃｍ^２に設定し、製膜速度を約３０ｎｍ／ｍｉｎに設定し、基板バイアス電圧を０から２００Ｖの範囲で印加し、膜厚が約２μｍになるように、ＤＬＣ膜の製膜を行なう。当該手法により得られたコート層３３ｂは、ＤＬＣ製膜後の表面粗さ（Ｒａ）がたとえば０．５である。

コート層３３ｂは、等方性グラファイトから形成された基材３３ａの主表面３３ｓ上にのみ形成してもよいし、基材３３ａの主表面３３ｓとその反対側の主表面（基材３３ａに対して押圧部材３５側に位置する主表面）との両方に形成してもよいし、基材３３ａの外表面における全部に形成してもよい。

コート層３３ｂの摺動面３３ｔに、次述する潤滑剤を塗布する場合には、コート層３３ｂを基材３３ａの外表面の全部に形成することによって、潤滑剤の等方性グラファイトへの浸透を防止でき、これにより等方性グラファイトの十分な強度を確保することが可能となる。潤滑剤の等方性グラファイトへの浸透が防止されることにより、摺動面３３ｔ（摺動部）において潤滑剤が枯渇することも抑制可能となる。

（潤滑剤）
コート層３３ｂの摺動面３３ｔには、潤滑剤が塗布されてもよい。定着装置用摺動部材３３（コート層３３ｂ）の摺動面３３ｔと無端ベルト３２の内周面３２ｓとの間には、上述のとおり、せん断力が生じる。潤滑剤の存在によって、せん断力の値が小さくなり、摺動面３３ｔの内周面３２ｓに対する摩擦係数がさらに小さくなり、定着装置用摺動部材３３および無端ベルト３２の耐摩耗性が向上することで、これらの部材の耐用期間をさらに長くすることが可能となる。

潤滑剤としては、フッ素グリス、シリコーングリス、フッ素オイル、シリコーンオイル、および、鉱物油など、汎用的なグリスまたは汎用的なオイル類を用いることができる。これらの中でも特に、摺動面３３ｔの低摩擦性を向上させるためにはシリコーンオイルが好適であり、摺動面３３ｔの潤滑剤の枯渇を抑制するためにはフッ素グリスが好適である。

シリコーンオイルを用いれば、フッ素グリスに比べて摺動面３３ｔの内周面３２ｓに対する摩擦係数を大幅に低減できる。シリコーンオイルは、熱酸化分解されることにより徐々に粘性が低下し、摺動面３３ｔと内周面３２ｓとの間の界面から徐々に掻き出される可能性がある。定着装置用摺動部材３３を長期間にわたって使用する場合には、フッ素グリスがシリコーンオイルよりも好適に用いられる。フッ素グリスは、シリコーンオイルと比べた場合、粘性が高い分だけ摩擦係数は高くなるが、長期にわたって使用されたとしても粘性変化がほとんどないため、オイルの枯渇も発生し難く、長時間使用したとしても安定したトルク性能を示すことができる。

（作用および効果）
本実施の形態における定着装置用摺動部材３３は、基材３３ａとコート層３３ｂとを備えており、基材３３ａは等方性グラファイトから形成され、コート層３３ｂは基材３３ａの主表面３３ｓ上に設けられて摺動面３３ｔを構成し、コート層３３ｂの摺動面３３ｔの摩擦係数は、コート層３３ｂが主表面３３ｓ上に設けられずに主表面３３ｓが露出している状態での主表面３３ｓの摩擦係数よりも低い。

等方性グラファイトの強度は、異方性グラファイトの強度よりも強く、等方性グラファイトは異方性グラファイトに比べて破損しにくい。等方性グラファイトの熱伝導率は、異方性グラファイトの熱伝導率に比べると低いが、たとえば５０Ｗ／ｍ・Ｋ〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、十分な均熱性を発揮することができる。基材３３ａは、このような特性を有する安価で軽量な等方性グラファイトから形成され、このような基材３３ａの主表面３３ｓ上に上述のような特性を有するコート層３３ｂが設けられる。コート層３３ｂが低摩擦性および耐摩耗性を有していることにより、上記の構成を備えた定着装置用摺動部材３３（摺動部材）によれば全体として、高い熱伝導性と高い摺動性とを併せ持つことにより、高い均熱効果を発揮することができてしかも長期間にわたって使用されることが可能となる。

本実施の形態の定着装置用摺動部材３３においては、コート層３３ｂは、アモルファスカーボン膜（ＤＬＣ）から形成され、基材３３ａを構成している等方性グラファイトの炭素純度は、９８ａｔｏｍ％以上である。すなわち、基材３３ａが、ある程度の強度および耐摩耗性を有する等方性グラファイトから形成されており、その主表面３３ｓ上に、高い熱伝導率、高い摺動性、および高い耐摩耗性を有するアモルファスカーボン膜、いわゆるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）がコートされている。

このような定着装置用摺動部材３３によれば、たとえば定着装置３０の仕様として要請される寿命にも十分に応えることが可能な強度を発揮できるとともに、高い均熱性と高い摺動性とを併せ持つことが可能となる。無端ベルト３２の軸方向における中央部と端部との間に温度差が形成された場合であっても、定着装置用摺動部材３３によって温度差を効果的に軽減できる。

アルミや鉄などの金属上にＤＬＣをコートした場合には、被膜強度という点で課題が生じる可能性がある。これに対し、９８％以上（ほぼ１００％）の炭素純度を有する等方性グラファイト上にＤＬＣをコートする場合には、炭素元素同士の結合によって強固なコート層３３ｂが主表面３３ｓ上に形成され、耐摩耗性の飛躍的な向上が期待できる。

（ヒーターとしての利用）
定着装置用摺動部材３３は、ヒーターとしても用いることができる。定着装置用摺動部材３３に含まれる基材３３ａの炭素純度は、ほぼ１００％であり、通電性を示す。基材３３ａに電圧をかけることで、ジュール熱が発生し、摺動面３３ｔの温度を効果的に昇温させることが可能となる。等方性グラファイト（基材３３ａ）の電気抵抗率はたとえば１０．０μΩ・ｍである。等方性グラファイトの電気抵抗は比較的低く、熱効率はあまり高くないため、定着装置用摺動部材３３をヒーターとして用いる場合、定着装置３０内の主ヒーターとして利用するよりも、補助ヒーターとして利用することが好適である。

［実施の形態の変形例］
（定着装置用摺動部材３３Ｅ）
図６〜図８を参照して、実施の形態の変形例における定着装置用摺動部材３３Ｅについて説明する。図６は、定着装置用摺動部材３３Ｅ（摺動部材）を示す断面図である。図７は、図６中のＶＩＩ線に囲まれた領域を拡大して示す断面図である。図８は、定着装置用摺動部材３３Ｅの製造方法を説明するための断面図である。本変形例における定着装置用摺動部材３３Ｅと、上述の実施の形態における定着装置用摺動部材３３とは、以下の点で相違している。

定着装置用摺動部材３３Ｅにおいては、基材３３ａが、等方性グラファイト３３ａ１と、異方性グラファイト薄層３３ａ２とから形成されている。異方性グラファイト薄層３３ａ２は、等方性グラファイト３３ａ１（等方性グラファイト３３ａ１の表層部分に形成されている複数のグラファイト微粒子３３ａｓ）上に設けられており、基材３３ａの主表面３３ｓを構成している。主表面３３ｓ上には、上述の実施の形態と同様の手法によって、コート層３３ｂが設けられる。

異方性グラファイト薄層３３ａ２は、いわゆる中間層として機能する。等方性グラファイト３３ａ１とコート層３３ｂ（たとえば、ＤＬＣ）との間に、異方性グラファイト薄層３３ａ２が中間層として形成される。当該構成によれば、基材３３ａの主表面３３ｓの平滑性が高まり、基材３３ａの主表面３３ｓに、より均一にコート層３３ｂを形成することが可能となり、その結果として被膜強度がより高まり、耐摩耗性の更なる向上が期待できる。

図８を参照して、等方性グラファイト３３ａ１の表面（グラファイト微粒子３３ａｓ）に異方性グラファイト薄層３３ａ２を形成することによって基材３３ａを作製する方法としては、圧力および熱を利用することにより、等方性グラファイト３３ａ１の表面に容易に異方性グラファイト薄層３３ａ２（中間層）を形成できる。

図８に示すようにたとえば、等方性グラファイト３３ａ１をプレート状に形成し、等方性グラファイト３３ａ１の表面上に、１，０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する異方性グラファイトシート３３ａ５（２５μｍ）を乗せ、この状態で、１ＭＰａ、２００℃、２００ｍｍ／ｓの条件で、エンドレスベルトにこれらを３０分間、押し当てる。加熱された異方性グラファイト薄層３３ａ２が等方性グラファイト３３ａ１上に押し付けられた状態で、これらの間に剪断力を発生させる。その後、等方性グラファイト３３ａ１上に残っている異方性グラファイトシート３３ａ５を剥がすことで、等方性グラファイト３３ａ１上に異方性グラファイト薄層３３ａ２が形成される。

等方性グラファイト３３ａ１の表面に異方性グラファイト薄層３３ａ２が形成されるメカニズムは、炭素−炭素同士の結合（ｓＰ２混成軌道の不対電子同士による結合）が起因しており、いわゆる「金属のカジリ」に類似する現象によって強固な被膜形成が行なわれるものと考えられる。

得られた基材３３ａの断面形状をＳＥＭを用いて観察することにより、等方性グラファイト３３ａ１の表面に形成された異方性グラファイト薄層３３ａ２の存在を確認することができ、異方性グラファイト薄層３３ａ２の厚みが、たとえば約０．１μｍ〜０．５μｍであることも確認できる。異方性グラファイト薄層３３ａ２を中間層として等方性グラファイト３３ａ１の表面に形成することにより、表面平滑性および表面の熱伝導性が向上するとともに、基材３３ａとコート層３３ｂ（ＤＬＣなど）との結合性を向上させることが可能となる。

等方性グラファイト３３ａ１は多孔質の形状を有しており、その表層部分は、サブミクロンの大きさを有する複数の異方性グラファイト薄層３３ａ２から構成されている。等方性グラファイト３３ａ１の表層部分には、数ミクロンの大きさを有する凹凸が形成されている。等方性グラファイト３３ａ１の表面に仕上げ加工を施すことによって、等方性グラファイト３３ａ１の表面は、表面粗さＲａが１未満となる程度にまで平滑化される。

平滑化された等方性グラファイト３３ａ１の表面に異方性グラファイト薄層３３ａ２を形成することによって、等方性グラファイト３３ａ１の表面に存在していたサブミクロンレベルの凹凸が、異方性グラファイト薄層３３ａ２によって被覆される。これによって、基材３３ａの主表面３３ｓの平滑性が向上する。

以上のような各特徴を備えることが可能な異方性グラファイト薄層３３ａ２を等方性グラファイト３３ａ１の表面に形成するためには、具体的にはたとえば、カネカ社製の異方性グラファイトシート「グラフィニティ」を用いることができる。この異方性グラファイトシートは、平面方向の熱伝導率はたとえば１，５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）に設定され、厚みは０．０２５ｍｍに設定される。

このような異方性グラファイトシートを等方性グラファイト３３ａ１の表面上に配置する。２００℃の温度に設定され、２００ｍｍ／ｓの速度で回転するＰＩ製のエンドレスベルトに、これらを１ＭＰａの圧力で３０分間押し当てる。これにより、異方性グラファイトシートの一部が基材３３ａの主表面３３ｓ上に接着する。余分な異方性グラファイトシートをブラシで剥がし取ることにより、異方性グラファイト薄層３３ａ２が等方性グラファイト３３ａ１の表面に形成された、基材３３ａを得ることができる。

［検証実験］
図９および図１０を参照して、上述の実施の形態およびその変形例に関して行なった検証実験について説明する。当該検証実験は、実施例１〜３および比較例（図９）を含む。

（実験条件）
ここでは、実施例１〜３および比較例に基づく各摺動部材（図９参照）を準備した。図９中に示す基材Ａおよび中間層Ａの詳細仕様については、図１０に示されるとおりである。

基材Ａは、材料が等方性グラファイトブロックであり、製品名がＩＳＥＭ−３（東洋炭素社製）であり、厚みが３［ｍｍ］であり、仕上げ加工表面粗さＲａが１未満であり、密度が１．８５［ｇ／ｃｍ^３］であり、電気抵抗率が１０．０［μΩ・ｍ］であり、曲げ強さが４９［ＭＰａ］であり、引張強度が２９［ＭＰａ］であり、線膨張率が５．０［１０^−６／Ｋ］であり、熱伝導率λが１３０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。

中間層Ａは、材料が異方性グラファイトシートであり、製品名がグラフィニティ（カネカ社製）であり、厚みが０．０２５［ｍｍ］であり、密度が２．０［ｇ／ｃｍ^３］であり、引張強度が４０［ＭＰａ］であり、熱伝導率λ（平面方向における熱伝導率λ）が１５００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。

実施例１〜３に基づく各摺動部材（図９参照）を、図２に示した定着装置３０と同様の構成を有する「２軸上ベルトパッド定着テスター」の摺動部に装着し、均熱性、摺動性、耐久性について評価した。比較例については、コニカミノルタ社製の「ｍａｇｉｃｏｌｏｒ（登録商標）４７５０ＤＮ」の定着装置に標準的に装備されているＰＴＦＥ系摺動部材を用いて評価を行なった。

（均熱性の評価条件）
「２軸上ベルトパッド定着テスター」の駆動速度は２４０［ｍｍ／ｓ］に設定し、定着温度は１６０［℃］に設定し、ニップ荷重は２５０［Ｎ］に設定し、ニップ幅は１０［ｍｍ］に設定した。上記条件で定着装置を駆動させながら、Ａ６のサイズを有する用紙を縦方向に２００枚通紙した時の無端ベルト３２（定着ベルト）の端部温度Ｔ１と中央部温度Ｔ２とを測定し、その差（ΔＴ）を算出した。算出結果は、実施例１から実施例３および比較例として、図９に示されている。

（摺動性および耐久性の評価条件）
実施例１〜３および比較例に基づく各摺動部材（図９参照）に対し、図９に記載の潤滑剤を図２に示した定着装置３０と同じ構成を有する「２軸上ベルトパッド定着テスター」の摺動部に装着し、所定の走行時間毎に回転トルクを測定し、空回転耐久評価を行なった。この際、「２軸上ベルトパッド定着テスター」の駆動速度は２４０［ｍｍ／ｓ］に設定し、定着温度は１６０［℃］に設定し、ニップ荷重は２５０［Ｎ］に設定し、ニップ幅は１０［ｍｍ］に設定した。駆動モードは１０秒駆動毎に２秒停止させるという、いわゆる１０ｏｎ２ｏｆｆに設定した。評価結果は、実施例１から実施例３および比較例として図９に示されている。

（検証結果）
実施例１〜３は、均熱性に関する指標である温度差ΔＴがいずれも４０［℃］以下であり、高い均熱効果が確認された。摺動性、耐久性に関しても、走行時間が２Ｋ時間であっても、回転トルクが０．３［Ｎ・ｍ］以下であり、安定した低摺動性を示した。

一方、比較例においては、温度差ΔＴが７０℃であり、無端ベルト３２（定着ベルト）の端部温度が高くなり、実施例１〜３に比べて低い均熱性が示された。摺動性、耐久性に関しては、走行距離が１Ｋ時間の際に、回転トルクが０．８［Ｎ・ｍ］に急上昇し、その後ベルト端部が破損したため、評価を中止した。

以上の結果によれば、上述の実施の形態およびその変形例に基づく実施例１〜３によれば、高い熱伝導性と高い摺動性とを併せ持つことによって、高い均熱効果を発揮することができてしかも長期間にわたって使用することを可能とする摺動部材を得ることができることがわかる。

以上、実施の形態および変形例、ならびに実施の形態に関する検証実験について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 画像形成装置、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ イメージングカートリッジ、１１ 感光体、１２ 帯電装置、１３ 潜像形成装置、１４ 現像装置、１５，２６ クリーニング装置、２０ａ 駆動ローラー、２０ｂ 回転ローラー、２１ 中間転写ベルト、２２ 一次転写ローラー、２３ 二次転写ローラー、２４ 給紙ローラー、２５ タイミングローラー、２７ 排紙ローラー、３０ 定着装置、３１ ローラー、３１ａ 芯金、３１ｂ 弾性層、３２ 無端ベルト、３２ｓ 内周面、３３，３３Ｅ 定着装置用摺動部材（摺動部材）、３３ａ 基材、３３ａ１ 等方性グラファイト、３３ａ２ 方性グラファイト薄層、３３ａ５ 方性グラファイトシート、３３ａｓ グラファイト微粒子、３３ｂ コート層、３３ｓ 主表面、３３ｔ 摺動面、３４ 加熱ローラー、３４ａ 加熱装置、３５ 押圧部材、Ｎ ニップ部、Ｓ 記録媒体、ＴＨ１，ＴＨ２ 厚み、ｔ トナー画像。

Claims (14)

1. 主表面を有し、等方性グラファイトから形成された基材と、
   前記主表面上に設けられ、摺動面を構成するコート層と、を備え、
   前記コート層の前記摺動面の摩擦係数は、前記コート層が前記主表面上に設けられずに前記主表面が露出している状態での前記主表面の摩擦係数よりも低い、
   摺動部材。
2. 前記コート層は、アモルファスカーボン膜から形成され、
   前記等方性グラファイトの炭素純度は、９８ａｔｏｍ％以上である、
   請求項１に記載の摺動部材。
3. 前記基材は、前記等方性グラファイトと、前記等方性グラファイト上に設けられ、前記主表面を構成する異方性グラファイト薄層とから形成されている、
   請求項１または２に記載の摺動部材。
4. 前記主表面は、前記等方性グラファイトから構成され、
   前記コート層が前記主表面上に設けられずに前記主表面が露出している状態では、前記等方性グラファイトの前記主表面の表面粗さＲａは、１．０未満である、
   請求項１または２に記載の摺動部材。
5. 前記コート層の前記摺動面に、潤滑剤が塗布された、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動部材。
6. 前記潤滑剤は、フッ素グリスである、
   請求項５に記載の摺動部材。
7. 前記潤滑剤は、シリコーンオイルである、
   請求項５に記載の摺動部材。
8. 定着装置に用いられる定着装置用摺動部材であって、
   前記定着装置は、互いに対向して共に回転するローラーおよび無端ベルトと、前記無端ベルトの内周面側に配置され、前記無端ベルトを前記ローラーへ向けて押圧することにより前記無端ベルトを前記ローラーとの間で挟む押圧部材と、前記押圧部材と前記無端ベルトとの間に配置される前記定着装置用摺動部材とを備え、
   前記定着装置用摺動部材は、請求項１から７のいずれか１項に記載の摺動部材である、
   定着装置用摺動部材。
9. 前記等方性グラファイトの熱伝導率は、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、
   前記等方性グラファイトのヤング率は、１０ＧＰａ以上である、
   請求項８記載の定着装置用摺動部材。
10. 前記等方性グラファイトの厚みは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、
    請求項８または９に記載の定着装置用摺動部材。
11. 請求項８から１０のいずれか１項に記載の定着装置用摺動部材を備えた、
    定着装置。
12. 請求項１１に記載の定着装置を備えた、
    画像形成装置。
13. 請求項２に記載の摺動部材を製造する、摺動部材の製造方法であって、
    前記主表面上に、前記アモルファスカーボン膜を製膜により形成する工程を備える、
    摺動部材の製造方法。
14. 請求項３に記載の摺動部材を製造する、摺動部材の製造方法であって、
    １，０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する異方性グラファイトシートを準備する工程と、
    加熱された前記異方性グラファイトシートが前記等方性グラファイト上に押し付けられた状態でこれらの間に剪断力を発生させることで、前記等方性グラファイト上に前記異方性グラファイト薄層を形成する工程と、を備える、
    摺動部材の製造方法。