JP5798448B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に用いられる加熱装置に関するものである。

電子写真複写機やプリンターのような画像形成装置において、電子写真プロセスのような画像形成プロセスにより記録材（シート）に担持させた未定着トナー像を記録材に加熱加圧定着させる加熱定着装置としては、従来から熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用いられている。
近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式の加熱定着装置やフィルム自身を発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱定着装置も実用化されている。

フィルム加熱方式の加熱定着装置は、例えば、特許文献１乃至２に提案されている。
フィルム加熱方式の加熱定着装置は、加熱体としてのヒータと、このヒータに接触して加熱しつつ回転する可撓性を有する回転体としての定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータと定着ニップ部を形成する加圧部材としての加圧ローラと、から構成される。
定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に未定着トナー像を担持させた記録材を導入し、定着フィルムと一緒に挟持搬送させることで、定着フィルムを介してヒータの熱を与えながら定着ニップ部の加圧力で未定着トナー像を記録材面に定着させるものである。この加熱定着装置はヒータ及び定着フィルムに低熱容量の部材を用いており、画像形成実行時のみ熱源であるヒータを通電して所定の定着温度に発熱させれば良いため、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さいという利点がある。
また、特許文献３は、円筒状金属素管を基層とし、外表面に離型性層を備えた加熱用金属スリーブを開示している。さらに、特許文献４は、金属または耐熱プラスチックのチューブの外面に耐熱エラストマー層が形成され、さらにその外面にシリコーンゴムまたはフッ素樹脂の層が形成された定着用ベルトを開示している。
定着フィルムの基層として、従来から用いられてきたポリイミドのような耐熱性樹脂の代わりに、樹脂よりも熱伝導率の高い金属を用いると、定着フィルム自体の熱伝導率を高くすることができるため、ヒータの熱をより効率的に記録材へ伝えることができる。そのため、画像形成装置の高速化に対応できる。また、金属を基層に用いた定着フィルムは、充分な強度を有するため、耐久性、ロバスト性が向上する。
また、従来、トナー像が定着ニップ部を通過する際に、カラー画像を多重に転写されたトナー像の形状に定着フィルム表面が追随することができないため、部分的に定着性のムラが生じるという問題があった。定着性のムラは、画像の光沢ムラとして現れたり、ＯＨＴ（オーバーヘッドプロジェクタ用透明シート）においては透過性のムラとなり、投影した際に透過性のムラが画像欠陥として現れたりしてしまうというものである。これに対し、定着フィルムの基層上に弾性層を設けることで、定着フィルム表面をトナー層に沿って変形可能とし、画像上不均一に載っているトナーに対し定着フィルムから熱を包み込むように伝達できるため、均一な定着性を得ることができる。

一方、特許文献５には、磁束によりフィルム部材に渦電流を誘導させて、そのジュール熱で定着フィルム自身を発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱定着装置が開示されている。この加熱定着装置は誘導電流の発生を利用することで直接定着フィルムを発熱させることができ、ハロゲンランプを熱源とする熱ローラ方式の加熱定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。
電磁誘導加熱方式の加熱定着装置は、定着フィルムの基層として薄い金属を用いることが多い。さらに、カラー画像形成装置に電磁誘導加熱方式の加熱定着装置を適用する場合は、基層上に弾性層を設けた定着フィルムを用いることもある。

このように、フィルム加熱定着方式や電磁誘導加熱定着方式のような加熱定着装置が提案されているが、いずれの加熱定着装置においても、トナーが定着フィルムに付着し、再度記録材に転写してしまうことで発生するオフセット現象を抑制する必要がある。
そのために、定着フィルムの基層上または弾性層上に、ポリ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）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素樹脂を有する離型層を表層として設けている。
上記のような定着フィルムを用いた加熱定着装置では、定着フィルムとヒータ或いは摺動部材との間に潤滑剤（潤滑剤）を介在させることにより、定着フィルムとヒータ或いは摺動部材との間の摺動摩擦を低減し、定着フィルムの回転運動を円滑にしている。
加熱定着装置は１８０℃以上の高温下で使用されることもあるため、潤滑剤としては高温環境のような過酷な条件下で極めて良好な安定性を示すフッ素系潤滑剤を採用している。潤滑剤は基油、増稠剤、添加剤を基本構成としており、フッ素系潤滑剤は、基油としてパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、増稠剤としてＰＴＦＥの単独重合体または共重合体、添加剤として少量の防錆剤のような添加物質から構成されている。

ＰＦＰＥは、図５の式１から式４に示すような化学構造を有し、大きく直鎖型の直鎖タイプと側鎖にトリフルオロメチル基（−ＣＦ_３）を有する側鎖型の側鎖タイプとに分類される。
ＰＦＰＥの直鎖タイプは、図６に示すように、側鎖タイプに比べて動粘度の温度依存性が小さい。すなわち、直鎖タイプは側鎖タイプよりも低温環境下での粘度は低く、高温環境下での粘度は高くなる。加熱定着装置としては、低温環境下で冷えた状態からの起動に必要な駆動トルクを低減したいため、潤滑剤としては低温環境下での粘度は低い方が定着フィルムの回転も容易となるため好ましい。また、連続プリント時のように高温下で使用された場合に定着フィルム端部から潤滑剤が流出し、摺動摩擦部から潤滑剤が枯渇してしまうのを抑制したいため、潤滑剤としては高温環境下での粘度は高い方がはみ出しを抑制できるため好ましい。そのため、従来の加熱定着装置に採用していた潤滑剤は、直鎖タイプのＰＦＰＥを使用していた。

しかしながら、直鎖タイプのＰＦＰＥからなる潤滑剤を用いても、定着フィルムの回転運動を長期間継続すると、定着フィルムとヒータ或いは摺動部材との間に保持されていた潤滑剤が定着フィルム端部から少なからず流出し、定着フィルム表面に回り込んでしまう。
その結果、定着フィルムの表層に用いられているＰＦＡのようなフッ素樹脂と回り込んだ潤滑剤とが反応して、定着フィルムの表層がひび割れやクラックを引き起こすことがあった。ひび割れやクラックは画像上に横スジとなって現れてしまうため、結果として画像品質を低下させてしまうことがあった。
このメカニズムとしては、まず潤滑剤に含まれる基油としてのＰＦＰＥが、定着フィルムの表層であるＰＦＡのようなフッ素樹脂内に浸透して、フッ素樹脂の膨潤を引き起こす。それに伴い、フッ素樹脂のポリマー同士の距離が離れるため、フッ素樹脂自体の強度が低下する。そして、回転のような定着フィルムへの機械的なストレスが加わることにより、表層にひび割れやクラックが引き起こされていると考えられている。

このような定着フィルムの表層のひび割れやクラックに対して、特許文献６では、加圧部材の表面離型層に、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロエトキシエチレン共重合体を含有させることを提案している。また、特許文献７では、弾性層上に表面層として樹脂チューブを被覆した定着ローラにおいて、該樹脂チューブの結晶化度を５０％以下とすることを提案している。

特開昭６３−３１３１８２号 特開平４−４４０７５号 特開２００３−０４５６１５号 特開平１０−１０８９３号 特開平８−１６００５号 特開２００６−１２６５７６号 特開２００９−２５６１２号

しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献１及び特許文献２に係る発明は、材料の選択の自由度を狭め、あるいは、表層に膜厚ムラを生じさせてしまう場合があった。

本発明者らは、フッ素樹脂にひび割れやクラックを生じさせにくい潤滑剤を得ることを目的として検討を重ねてきた。その結果、従来から潤滑剤として使用されてきた直鎖タイプのPFPEに加えて、側鎖タイプのPFPEを含有させた潤滑剤が上記の目的の達成に極めて有効であることを見出した。
本発明の目的は、潤滑剤長期間の使用によっても加熱性能が変化しにくい、耐久性に優れた加熱装置を提供することにある。

本発明によれば、フッ素樹脂を含む表層を有し、かつ、両端が開放されている、可撓性の回転体と、該回転体を加熱する加熱体と、該回転体の内部に配置され、該回転体の内周面との摺動面を有する該回転体の保持部材と、該回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、該回転体および該加圧部材の回転により、該ニップ部において記録材を挟持し、かつ、搬送しつつ該記録材を加熱する加熱装置であって、該回転体と該保持部材の摺動面との間に、直鎖型のパーフルオロポリエーテルと側鎖型のパーフルオロポリエーテルとを含有する潤滑剤が介在させられている加熱装置が提供される。

本発明によれば、直鎖タイプと側鎖タイプとをブレンドしたＰＦＰＥからなる潤滑剤を使用することにより、定着フィルムの表層に発生するクラックやひび割れを抑制し、画像品質の低下も抑制できるとともに、耐久試験を通して記録材の搬送も安定して行うことができる。

本発明に係る画像形成装置の一例の概略構成図である。 本発明に係る加熱装置を示す断面図である。 本発明に係る加熱装置を示す横側面図である。 本発明の加熱装置に用いる回転体としての定着フィルムを示す断面図である。 PFPEの化学構造のバリエーションを示す式である。 基油の構造式の違いによる潤滑剤の動粘度と温度との相関を示す図である。 表面クラックが発生した回転体としての定着フィルムの例を示す図である。 回転体としての定着フィルムの表面クラックによって生ずる画像不良の例を示す図である。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成装置の仕様、部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（１）画像形成装置
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例の概略構成図である。
本実施例におけるフルカラー画像形成装置は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を得るものである。
本実施例における、フルカラー画像形成装置のプロセススピードは１１５ｍｍ／ｓｅｃ、一分間の印字枚数はＬＴＲサイズ紙で２０枚である。

本実施例におけるフルカラー画像形成装置は、像担持体としての感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）、帯電手段としての帯電ローラ（３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ）、静電潜像を顕像化するための現像手段たる現像ローラ（２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ）、感光体ドラムのクリーニング手段（４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋ）のような部材をひとつの容器にまとめた、いわゆるオールインワンカートリッジを使用している。
それぞれのカートリッジは、イエロー（Ｙ）トナーを現像器に充填したイエローカートリッジ、マゼンタ（Ｍ）トナーを現像器に充填したマゼンタカートリッジ、シアン（Ｃ）トナーを現像器に充填したシアンカートリッジ、そしてブラック（Ｋ）トナーを現像器に充填したブラックカートリッジである。そして、上記フルカラー画像形成装置には、上記４色のカートリッジが装填されている。

本実施例に係るフルカラー画像形成装置においては、感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系５が、上記４色のトナーカートリッジに対応して設けられている。光学系５としては、レーザー走査露光光学系を用いている。
光学系５より、画像データに基づいた走査光が、帯電ローラ（３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ）により一様に帯電された感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上を露光することにより、感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）表面に画像に対応する静電潜像が形成される。不図示のバイアス電源より現像ローラ（２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ）に印加される現像バイアスを帯電電位と潜像（露後部）電位との間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上の静電潜像に選択的に付着することにより、現像が行われる。

感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上に現像された単色トナー像は、該感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）と同期して、等速で回転する中間転写体上へ転写される。
本実施例においては、中間転写体として、駆動ローラ７によって駆動され、テンションローラ８によって張架されている中間転写ベルト６を用いている。中間転写ベルト６へ感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上のトナー像を転写する、一次転写手段としては、一次転写ローラ（９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋ）を用いている。一次転写ローラ（９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋ）に対して、不図示のバイアス電源より、トナーと逆極性の一次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト６に対して、トナー像が一次転写される。一次転写後、感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上に転写残として残ったトナーは、クリーニング手段（４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋ）により除去される。
上記工程を中間転写ベルト６の回転に同調して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して行い、中間転写ベルト６上に、各色の一次転写トナー像を順次重ねて形成していく。単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。

また、記録材供給部となる記録材カセット１０にセットされた記録材Ｐは、給送ローラ１１により給送され、二次転写部に所定のタイミングで、レジストローラ１２により、中間転写ベルト６と二次転写手段の如き二次転写ローラ１３とのニップ部に搬送される。中間転写ベルト６上に形成された一次転写トナー像は、二次転写手段たる二次転写ローラ１３に不図示のバイアス印加手段より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、記録材Ｐ上に一括転写される。なお、１４は二次転写ローラ対向ローラである。トナーを二次転写された記録材Ｐは加熱定着装置Ｆに搬送される。その記録材Ｐは、加熱定着装置Ｆを通過することにより加熱及び加圧され、そのトナー像が記録材Ｐ上に加熱定着される。そしてその記録材Ｐは、加熱定着装置Ｆから画像形成装置外部のトレイに排紙される。二次転写後の中間転写ベルト６上に残った二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング手段１５により除去される。

（２）加熱定着装置Ｆ
図２は像加熱装置としての加熱定着装置Ｆを示す断面図である。なお、図２は記録材Ｐの搬送方向に沿った断面図である。また、図３は加熱定着装置Ｆの横側面図である。ここでは、まず加熱定着装置Ｆの概略構成について説明を行い、構成部品の詳細については後述する。

加熱定着装置Ｆは、加熱部材としての定着部材（加熱アセンブリ）２０と、加圧部材としての加圧ローラ３０と、を備える。この定着部材２０と加圧ローラ３０とを加圧した状態で接触（圧接）させることによりニップ部としての定着ニップ部Ｎを形成させている。

定着部材２０は、加熱体としてのヒータ２１と、保持部材としてのガイド２２と、ヒータ２１により加熱される回転体としての定着フィルム２３と、規制部材としての端部フランジ２４（以下、定着フランジと記す）と、を有する。ヒータ２１は、ガイド２２の下面に固定して配置してある。定着フィルム２３は、ガイド２２に対して外嵌させて配置してある。定着フランジ２４は、ガイド２２の長手方向両端部側に装着されて、両端が開放されている定着フィルム２３の両端部を規制する役目をする。ここで、定着装置Ｆや定着部材２０、ガイド２２のような部材における長手方向とは、両端が開放されている定着フィルム２３が回転する際に想定される回転軸が伸びる方向をいい、記録材Ｐの搬送方向と直交する記録材Ｐのシート幅方向でもある。
そして、定着部材２０の長手方向両端部において、定着フランジ２４に加圧バネ２５を縮設させている。この加圧バネ２５により定着部材２０を所定の加圧力をもって、加圧ローラ３０の上面に対して、定着フィルム２３の有する後述の弾性層２３２の弾性と加圧ローラ３０の有する弾性層３０２の弾性とに抗して押圧させて、所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させている。なお、加圧ローラ３０は後述する芯金３０１部を支持部材２６にて受けることにより回転可能に固定されている。定着ニップ部Ｎでは、定着部材２０の加圧ローラ３０に対する加圧により、定着フィルム２３がヒータ２１と加圧ローラ３０との間に挟まれてヒータ２１の下面の扁平面に倣って撓む。これにより定着フィルム２３の内面がヒータ２１の下面の扁平面、具体的には後述する保護層２１３に密着した状態になる。ガイド２２は定着フィルム２３の内部に配置され、定着フィルム２３の内周面との摺動面を有する。加圧ローラ３０は定着フィルム２３と共に定着ニップ部Ｎを形成する。
この加圧ローラ３０の回転駆動に伴って、定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ３０と定着部材２０側の定着フィルム２３との摩擦力で定着フィルム２３に回転力が作用する。そして、定着フィルム２３がその内側にあるヒータ２１の下面と密着し、そして摺動面にて摺動移動しながら、ガイド２２の外周を時計回り方向に、加圧ローラ３０の回転に従動することで回転状態になる（加圧ローラ駆動式）。
なお、加圧部材の形態としては、本実施例における加圧ローラ３０以外に、回動ベルトのようなベルトの形態でも構わない。

定着フィルム２３は、内部のヒータ２１及びガイド２２と摺擦しながら回転するため、ヒータ２１及びガイド２２と定着フィルム２３との間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため、ヒータ２１及びガイド２２の表面、例えばヒータ２１やガイド２２の摺動面と定着フィルム２３との間に耐熱性を有する潤滑剤Ｇを少量介在させてある。

ヒータ２１は、記録材Ｐ上のトナー像Ｔを溶融定着させる定着ニップ部Ｎの加熱を行う。
定着フィルム２３を摺動面にて摺動移動させながら、言い換えると、加圧ローラ３０の回転により定着フィルム２３が回転しながら、ヒータ２１に対する通電によりヒータ２１の温度が所定の温度に立ち上がって温調される。この状態において、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが、不図示の定着入口ガイドに沿って定着ニップ部Ｎの定着フィルム２３と加圧ローラ３０との間に搬送される。そして、その記録材Ｐが定着ニップ部Ｎで挟持し搬送されることで、記録材Ｐ上（被加熱材上）の未定着トナー像Ｔが定着フィルム２３を介してヒータ２１の熱で加熱されて記録材Ｐ上（シート上）に熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、定着フィルム２３の外面から分離して、不図示の耐熱性の定着排紙ガイドに案内されて、排出トレイ上に排出される。

（２ａ）ヒータ２１
ヒータ２１は、定着フィルム２３の内側に配置される加熱体である。ヒータ２１は、図２に示すように、例えばアルミナ（酸化アルミニウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）のような高絶縁性のセラミックスや、ポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマーのような耐熱性樹脂からなる細長い基板２１１を有する。そしてこの基板２１１の表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎのような発熱ペースト層を印刷した発熱体２１２と、この発熱体２１２の保護と絶縁性とを確保するための耐圧ガラスのような保護層２１３と、を順次形成したものである。

ヒータ２１上の発熱ペーストへの給電は、不図示の給電部から不図示のコネクタを介してなされる。ヒータ２１の背面には、発熱ペーストの発熱に応じて昇温したヒータ２１の温度を検知するためのサーミスタのような温度検知素子２１４が配置されている。この温度検知素子２１４の信号に応じて、ヒータ２１の長手方向端部にある不図示の給電部の電極部から発熱ペーストに印加される電圧のデューティー比や波数のようなファクターを適切に制御することで、定着ニップ部Ｎ内での温調温度を略一定に保つ。これにより、ヒータ２１は定着フィルム２３を介して記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔを定着するのに必要な加熱を行う。温度検知素子２１４から不図示の温度制御部へのＤＣ通電は、不図示のＤＣ通電部及びＤＣ電極部を介して不図示のコネクタによりなされる。
なお、加熱体であるヒータ２１はセラミックヒータに限られるものではなく、例えば鉄板のような強磁性物質を含む電磁誘導発熱部材のような発熱部材にすることもできる。

本実施例では、基板２１１としてアルミナと、発熱体２１２としてＡｇ／Ｐｄと、発熱体の保護層２１３として耐圧ガラスと、からなるヒータ２１を使用している。

（２ｂ）ガイド２２
保持部材としてのガイド２２は、ヒータ２１を支持する役目や、加圧部材の役目、定着ニップ部Ｎとの反対方向への放熱を防ぐための断熱部材の役目をしている。このガイド２２は、剛性・耐熱性・断熱性の部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫのような材料により形成されている。ガイド２２は、定着フィルム２３の内部に配置される。
本実施例では、ガイド２２の素材として液晶ポリマーを使用している。

（２ｃ）加圧ローラ３０
加圧ローラ３０は、定着フィルム２３を介在させてヒータ２１と対向配置される加圧部材である。加圧ローラ３０は、図２に示すように、ステンレス、ＳＵＭ、Ａｌのような金属製の芯金３０１と、芯金３０１の外側にシリコーンゴムやフッ素ゴムのような耐熱ゴムあるいはシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層３０２と、を有する。さらに、離型性と耐磨耗性を向上させるため、弾性層３０２を覆うようにＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ポリテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）のような離型層３０３を形成してあってもよい。

本実施例では、芯金３０１としてＡｌと、弾性層３０２としてシリコーンゴムと、離型層３０３としてＰＦＡと、からなる外径２０ｍｍの加圧ローラ３０を使用している。

（２ｄ）定着フィルム２３
定着フィルム２３は、ヒータ２１と加圧ローラ３０との間に介在し、加圧ローラ３０と接触する定着ニップ部Ｎで記録材Ｐを挟持搬送しつつヒータ２１の熱を記録材Ｐに与える回転体である。
定着フィルム２３は、図４に示すように両端が開放されており、小熱容量で可撓性を有するエンドレスベルトからなる基層２３１と、この基層２３１を覆うように配置された弾性を有する弾性層２３２と、弾性層２３２を覆うように配置された離型性を有する離型層２３３と、から構成される。

基層２３１は、クイックスタートを可能にするために膜厚は２００μｍ以下の厚さで、耐熱性、高熱伝導性を有するステンレス、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎのような金属部材を単独、あるいは合金部材からなり、可撓性を有している。一方で、長寿命の定着フィルム２３を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた基層２３１として、膜厚は１５μｍ以上の厚さが必要である。ヒータ２１と接触する基層２３１の内面に、摺動性の高いフッ素樹脂層、ポリイミド層、ポリアミドイミド層のような層を形成してあっても良い。
また、基層２３１は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳのような可撓性を有する耐熱性樹脂であっても良い。樹脂製の基層２３１の場合には、ＢＮ、アルミナ、Ａｌのような高熱伝導性粉末を混入してあっても良い。膜厚は金属製の場合と同様に、１５μｍ以上２００μｍ以下の厚さが必要である。

弾性層２３２は、高画質化やカラー化対応として、トナーの定着性を充分に満足し、かつ定着ムラも防止するよう、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔに対し、熱を包み込むように伝達させるため、シリコーンゴムのような耐熱性の弾性体からなる。熱の包み込み効果による高画質化やカラー化対応のために、膜厚は３０μｍ以上の厚さが必要である。一方で、クイックスタートを可能にするために、膜厚は５００μｍ以下の厚さが必要である。また、熱伝導率を向上させるために、熱伝導性フィラーのような添加剤を含有している。

定着フィルム２３の表層の離型層２３３は、離型性と耐磨耗性を向上させるため、ＰＦＡやＰＴＦＥ、ＦＥＰのようなフッ素樹脂をチューブ成型、或いはコーティングにより弾性層２３２上に配置している。離型層２３３は、通紙による記録材Ｐとの耐磨耗性のために膜厚は５μｍ以上の厚さが必要であり、一方、クイックスタートを可能にするために膜厚は１００μｍ以下の厚さが必要である。

本実施例では、基層２３１として厚さ３０μｍのステンレスと、弾性層２３２として厚さ２００μｍの高熱伝導性シリコーンゴムと、離型層２３３として厚さ２０μｍのＰＦＡチューブと、からなる外径１８ｍｍの定着フィルム２３を使用している。

（２ｅ）潤滑剤Ｇ
定着フィルム２３とヒータ２１及びガイド２２との間の摩擦抵抗を小さく抑え、加熱定着装置Ｆの寿命を通じて安定した摺動性を維持させるために、ヒータ２１やガイド２２の摺動面と定着フィルム２３との間に潤滑剤Ｇを塗布している。ヒータ２１は１８０℃以上の温度で使用されることもあるので、潤滑剤Ｇとしては高温環境のような過酷な条件下で極めて良好な安定性を示すフッ素系潤滑剤を使用している。潤滑剤Ｇは基油と増稠剤から構成され、防錆剤のような添加剤を加えても良い。
基油としてはパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）を使用している。ＰＦＰＥは、図５の式１から式４に示すような化学構造を有し、大きく直鎖型の直鎖タイプ（式１、式２）と側鎖にトリフルオロメチル基（−ＣＦ_３）を有する側鎖型の側鎖タイプ（式３、式４）とに分類される。そして本発明に係る潤滑剤Gは、基油として、直鎖タイプのPFPEと側鎖タイプのPFPEとを混合したものを用いる。

本実施例では、式１に示す直鎖タイプの基油と、式３に示す側鎖タイプの基油と、を所定の比率でブレンドした基油を使用している。一方、増稠剤としてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の平均粒径が３０μｍ以下の微粉末を使用している。潤滑剤Ｇとしての所定の稠度に合わせるために、増稠剤は２０重量％以上５０重量％以下となるように基油と配合される。本実施例では、稠度が２６５以上２９５以下（ＪＩＳ Ｋ２２２０規格）の潤滑剤Ｇを使用している。

（３）定着フィルム２３の離型層２３３に発生するクラックの検討
加熱定着装置Ｆを長期間使用すると、定着フィルム２３とヒータ２１やガイド２２との間に介在されていた潤滑剤が定着フィルム２３端部から流出し、定着フィルム２３表面に回り込んでしまう。ここで、当該潤滑剤が、直鎖タイプのPFPEのみを基油として含む潤滑剤である場合、定着フィルム２３の表層の離型層２３３に用いられているＰＦＡチューブと回り込んだ当該潤滑剤とが反応して、定着フィルム２３の表層の離型層２３３に、図７に示すようなクラックを引き起こすことがあった。クラックは、図８に示すように、横スジとなって画像に現れてしまうため、画像品質を低下させてしまうことがあった。クラックに起因する横スジは定着フィルム２３のクラックの位置に対応し、定着フィルム２３の外径が１８ｍｍのため、画像には約５６．５ｍｍピッチで同様の横スジが繰り返される。また、この横スジはトナー量の多いベタ画像のような画像で見えやすく、ＯＨＴのような透明シートで光を透過させるとさらに見えやすくなる。

このメカニズムとしては、プリント時における定着フィルム２３の表面温度、すなわち定着フィルムの表層の離型層２３３の温度は１２０℃以上の高温に達するため、離型層２３３を形成するＰＦＡのガラス転移点を越える。そのため、潤滑剤に含まれる基油としての直鎖タイプのＰＦＰＥがＰＦＡ内に浸透しやすく、かつＰＦＡの膨潤も発生しやすくなる。それに伴い、ＰＦＡのポリマー同士の距離が離れるため、ＰＦＡ自体の強度が低下する。その状態でプリントを停止させ、定着フィルム２３の表面温度を室温程度まで下げると、ＰＦＡの強度が低下した状態で剛性が高くなる。そのため、その後の室温状態からのプリントのような操作で、定着フィルム２３の表面温度が低い状態、すなわちＰＦＡが脆い状態で定着フィルム２３に回転駆動のような機械的なストレスが加わることにより、離型層２３３にクラックが引き起こされていると考えられている。

（３ａ）各種潤滑剤の調製
まず、実施例１〜３に係る潤滑剤として、直鎖タイプのＰＦＰＥ（図５の式１）と側鎖タイプ（図５の式３）のＰＦＰＥとをブレンドした基油を含む潤滑剤を用意した。実施例１〜３に係る潤滑剤の基油中の直鎖タイプのＰＦＰＥおよび側鎖タイプのＰＦＰＥの分子量および配合比率を表１に示す。
また、比較例１〜３に係る潤滑剤として、従来例である直鎖タイプ（図５の式１）の基油のみからなる潤滑剤（比較例１と２）と、側鎖タイプ（図５の式３）の基油のみからなる潤滑剤（比較例３）を用意した。比較例１〜３に係る潤滑剤の基油中のＰＦＰＥの分子量及び組成比を表１に示す。なお、各潤滑剤において増稠剤は全て同一のものを使用した。

（３ｂ）定着フィルムの加速試験
上記（３ａ）で用意した実施例１〜３および比較例１〜３に係る潤滑剤によって定着フィルムにクラックが発生するか否かを評価するために以下の方法で加速試験を行った。
１）図２に示す加熱定着装置Ｆの定着フィルム２３の表面に潤滑剤を直接塗布する。
２）記録材Ｐを通紙しない状態で、加熱定着装置Ｆを２００℃温調で１０分間空回転する。
３）空回転停止後、１時間静置して加熱定着装置Ｆを室温程度にまで冷却する。
４）ＯＨＴを用紙としてイエロー単色のベタ画像をプリントし、画像上に図８に示すような横スジの有無（クラックの有無）を確認する。
５）もしクラックの発生が無い場合は、上記１）から４）を５回繰り返してクラックの発生を確認する。
その結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例１、２の直鎖タイプの基油のみからなる潤滑剤の場合、分子量を変えても加速試験の１回目でクラックが発生した。一方、比較例３の側鎖タイプの基油のみからなる潤滑剤の場合、加速試験を５回行ってもクラックは発生しなかった。
一方、本実施例のブレンドタイプの基油からなる潤滑剤の場合、実施例１に係る、直鎖タイプの配合比率が８０％と大きい潤滑剤を用いた場合には加速試験の３回目でクラックが発生した。しかし、実施例２〜３に係る、直鎖タイプの配合比率が５０％を下回る潤滑剤を用いた場合には、加速試験を５回行ってもクラックは発生しなかった（実施例２、３）。

このように、実施例１のように直鎖タイプの基油に側鎖タイプの基油を少量ブレンドしただけでも、比較例１、２のような直鎖タイプのみの基油の場合と比べて、クラックの発生を格段に抑制させることができた。これは、基油であるＰＦＰＥの化学構造によるものと考えられている。直鎖タイプのＰＦＰＥは化学構造的に立体障害が無いため、ＰＦＡに浸透しやすい性質を有する。
一方、側鎖タイプのＰＦＰＥは化学構造的に側鎖にトリフルオロメチル基を有しており、その側鎖が立体障害となって、ＰＦＡに浸透する際に側鎖タイプのＰＦＰＥはＰＦＡ内で詰まりやすいため、ＰＦＡに浸透する量としては直鎖タイプよりも少なくなる性質を有する。ＰＦＡに浸透する量により膨潤の程度も変わるため、浸透する量が多い直鎖タイプのＰＦＰＥの方がＰＦＡの強度を低下させやすい、すなわち定着フィルム２３の離型層２３３のクラックを引き起こしやすいのである。

ここで、本実施例のように、直鎖タイプと側鎖タイプとのＰＦＰＥをブレンドした場合、側鎖タイプは直鎖タイプに比べて動粘度の温度依存性が大きいため、高温環境下での流動性が高い。そのため、側鎖タイプのＰＦＰＥは定着フィルム２３の離型層２３３であるＰＦＡに対して、直鎖タイプよりも先に浸透しやすい性質を有する。上述したように、側鎖タイプのＰＦＰＥはＰＦＡに浸透しても側鎖の立体障害によりＰＦＡ内で詰まりやすいため、ＰＦＡに先に側鎖タイプのＰＦＰＥが浸透することで、後から直鎖タイプのＰＦＰＥが浸透するのをブロックするような機能を発揮していると考えられている。すなわち、潤滑剤として少量でも側鎖タイプのＰＦＰＥを有することで、定着フィルム２３の離型層２３３であるＰＦＡのクラックを抑制することができるのである。

今回の比較検討において、実施例１は加速試験の３回目でクラックが発生したが、これは加速試験の結果であり、本実施例の画像形成装置を用いた１０万枚の通紙耐久試験ではクラックは発生しなかった。一方、加速試験の１回目でクラックが発生した比較例１では、通紙耐久試験においてもクラックが発生した。つまり、加速試験の結果はクラック抑制に対する相対的な優劣を示すものであり、加速試験でクラックが発生しても相対的にクラックが発生しにくいものに関しては、使用する加熱定着装置Ｆ及び画像形成装置の仕様により実用上クラックを発生させないことが可能である。このように、加熱定着装置Ｆ及び画像形成装置の仕様により、クラック抑制に効果のあるＰＦＰＥの直鎖タイプと側鎖タイプとの配合比率は異なるため、本発明としてはＰＦＰＥの直鎖タイプと側鎖タイプとの配合比率は特に制限を設けず、少なくとも側鎖タイプのＰＦＰＥを有することとする。

なお、本実施例では、定着フィルム２３の離型層２３３としてＰＦＡを用いて説明したが、フッ素樹脂であれば制限は無く、ＰＴＦＥやＦＥＰのような材料でも良い。樹脂によってガラス転移点や結晶状態が異なるため、クラックの発生条件や発生レベルは異なるが、本実施例によりＰＦＰＥの浸透を抑制する効果は同様に得ることができる。
また、本実施例では、定着フィルム２３の離型層２３３としてＰＦＡのチューブ成型品を用いて説明したが、コーティング品を用いても良い。チューブ成型品の方が成型時や被覆時に延伸を伴う製法のため、延伸による樹脂の配向によりクラックを引き起こしやすい性質はあるが、コーティング品でもＰＦＰＥの浸透により膨潤するため、コーティング条件によってはクラックを引き起こすことがある。少なくとも、ＰＦＰＥの浸透による膨潤により、定着フィルム２３の離型層２３３の表面性や強度、耐磨耗性を低下させているため、本実施例による効果は同様に得ることはできる。

（４）低温環境下における加熱定着装置Ｆの起動トルク比較
次に、潤滑剤の基油として側鎖タイプのＰＦＰＥを使用した場合の懸念点として考えられる低温環境下での加熱定着装置Ｆの起動トルクについて、上述の潤滑剤を用いて比較検討を行った。
加熱定着装置Ｆの起動トルクとしては、１５℃の低温環境下で、かつ加熱定着装置Ｆが冷えた状態からの駆動トルクを測定した。結果を表２に示す。

表２に示すように、比較例１、２の直鎖タイプの基油のみからなる潤滑剤の場合、分子量を大きくすると起動トルクは上昇した。一方、比較例３の側鎖タイプの基油のみからなる潤滑剤の場合、ほぼ同じ分子量である直鎖タイプ（比較例１）に比べて、かなり起動トルクは上昇した。本実施例のブレンドタイプの基油からなる潤滑剤の場合、側鎖タイプの配合比率が８０％と大きくても、側鎖タイプのみの比較例３に比べると起動トルクはかなり低く（実施例３）、さらに側鎖タイプの配合比率が５０％を下回ると、直鎖タイプのみの比較例１とほぼ同等の起動トルクとなった（実施例１、２）。

このように、実施例３のように側鎖タイプの基油に直鎖タイプの基油を少量ブレンドしただけでも、比較例３のような側鎖タイプのみの基油の場合と比べて、低温環境下における加熱定着装置Ｆの起動トルクを格段に抑制することができた。これは、側鎖タイプの基油の中に少量でも動粘度の温度依存性が小さい直鎖タイプの基油をブレンドし、低温環境下でも部分的に流動性の良い領域を存在させることで、その領域を発端に潤滑剤としての流動性が向上しているためと考えている。

すなわち、潤滑剤の基油として側鎖タイプのＰＦＰＥを使用した場合の懸念点として考えられていた低温環境下での加熱定着装置Ｆの起動トルクは、直鎖タイプのＰＦＰＥを少量でもブレンドさせることで抑制することができるのである。本実施例においては、直鎖タイプのＰＦＰＥの配合比率を少なくとも２０％以上とすれば、低温環境下での加熱定着装置Ｆの起動トルクは実用上問題が無い。

（５）耐久試験後の画像形成装置の状態比較
次に、潤滑剤の基油として側鎖タイプのＰＦＰＥを使用した場合のもう一つの懸念点として考えられる加熱定着装置Ｆの耐久性について、上述の潤滑剤を用いて比較検討を行った。
加熱定着装置Ｆの耐久性としては、各実施例および各比較例に係る潤滑剤を用いた画像形成装置によって１０万枚の電子写真画像を形成する耐久試験後における、定着フィルム２３の内周面と摺動するヒータ２１面に残っている潤滑剤の状態を目視により確認した。そして、潤滑剤の劣化具合から画像形成装置の耐久性の比較を行った。
ここで潤滑剤の劣化とは、耐久試験での潤滑剤の流出による摺動摩擦部における潤滑剤の枯渇により、定着フィルム２３やガイド２２の摺動面から定着フィルム２３やガイド２２のような部材の削り粉が生じ、その削り粉が潤滑剤と混ざることよって潤滑剤が変色し粘度が増大し、定着フィルム２３の回転運動を安定して行えない状態を示す。結果を表３に示す。
表３中の潤滑剤の状態を表す記号の定義は以下の通りである。
Ａ：は潤滑剤の劣化が軽微で問題の無いレベル。
Ｂ：潤滑剤の劣化は若干あるが実用上は問題の無いレベル。
Ｃ：潤滑剤が劣化しておりヒータ２１と定着フィルム２３との間の摺動性の低下により記録材Ｐの搬送性が不安定になると思われるレベル。

表３に示すように、比較例１、２の直鎖タイプの基油のみからなる潤滑剤の場合、耐久試験後の潤滑剤の状態は良好であった。一方、比較例３の側鎖タイプの基油のみからなる潤滑剤の場合、耐久試験後の潤滑剤の状態は悪かった。本実施例のブレンドタイプの基油からなる潤滑剤の場合、側鎖タイプの配合比率が８０％と大きくても側鎖タイプのみの比較例３に比べると潤滑剤の状態は良好で、実用上は問題の無いレベルであった（実施例３）。さらに、側鎖タイプの配合比率が５０％を下回ると、直鎖タイプのみの比較例１、２とほぼ同等のレベルで潤滑剤の状態は良好であった（実施例１、２）。

このように、実施例３のように側鎖タイプの基油に直鎖タイプの基油を少量ブレンドしただけでも、比較例３のような側鎖タイプのみの基油の場合と比べて、耐久試験後のヒータ面上の潤滑剤の状態を実用上問題の無いレベルまで良化させることができた。これは、側鎖タイプの基油の中に少量でも動粘度の温度依存性が小さい直鎖タイプの基油をブレンドし、高温環境下でも部分的に高い粘度を維持できる領域を存在させることで、定着フィルム２３端部からの潤滑剤の流出を抑制しているためと考えている。
すなわち、潤滑剤の基油として側鎖タイプのＰＦＰＥを使用した場合の懸念点として考えられていた加熱定着装置Ｆの耐久性は、直鎖タイプのＰＦＰＥを少量でもブレンドさせることで実用上問題の無いレベルにすることができるのである。本実施例においては、直鎖タイプのＰＦＰＥの配合比率を少なくとも２０％以上とすれば、加熱定着装置Ｆの耐久性は実用上問題が無い。

なお、本発明の像加熱装置は、加熱定着装置に限られず、仮定着する像加熱装置や画像を担持した記録材を再加熱してつやのような画像表面性を改質する像加熱装置のような像加熱装置としても使用できる。
以上説明したように、本発明によれば、直鎖タイプと側鎖タイプとをブレンドしたＰＦＰＥからなる潤滑剤を使用することにより、定着フィルムの表層に発生するクラックやひび割れを抑制し、画像品質の低下も抑制できる。また、耐久試験を通して記録材の搬送も安定して行うことができる。

Ｎ・・・定着ニップ部
Ｆ・・・加熱定着装置
Ｐ・・・記録材
Ｔ・・・トナー像
Ｇ・・・潤滑剤（グリース）
２０・・・定着部材
２１・・・ヒータ
２２・・・ガイド
２３・・・定着フィルム
３０・・・加圧ローラ
２１１・・基板
２１２・・発熱体
２１３・・保護層
２１４・・温度検知素子
３０１・・芯金
３０２・・弾性層
３０３・・離型層

Claims (2)

1. フッ素樹脂を含む表層を有し、かつ、両端が開放されている、可撓性の回転体と、
   該回転体を加熱する加熱体と、
   該回転体の内部に配置され、該回転体の内周面との摺動面を有する該回転体の保持部材と、
   該回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、
   該回転体および該加圧部材の回転により、該ニップ部において記録材を挟持し、かつ、搬送しつつ該記録材を加熱する加熱装置であって、
   該回転体と該保持部材の摺動面との間に、直鎖型のパーフルオロポリエーテルと側鎖型のパーフルオロポリエーテルとを含有する潤滑剤が介在させられていることを特徴とする加熱装置。
2. 前記側鎖型のパーフルオロポリエーテルは、側鎖にトリフルオロメチル基を有する請求項１に記載の加熱装置。

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