JP7234023B2

JP7234023B2 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP7234023B2
Application number: JP2019080722A
Authority: JP
Inventors: 悠介大脇; 浩孝福島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: JP2019219649A

Description

本発明は、定着装置、および当該定着装置を有する画像形成装置に関するものである。

近年、複写機の省エネルギー化とウォームアップタイムの短縮を両立したフィルム加熱方式の加熱装置を搭載した画像形成装置が利用されている（特許文献１参照）。
フィルム加熱方式では、薄肉で熱容量の小さい定着ベルト（フィルム）を定着装置の部材として用いるため、定着可能な温度までの昇温時間が短く、ウォームアップタイムの短縮が可能となっている。また、ウォームアップタイムが短いことから、定着装置を常に加熱した状態で待機させなくてもよいため、待機電力の省エネルギー化も可能となっている。

このフィルム加熱方式を採用した定着装置では、薄肉で円筒状の定着ベルトと加圧ローラによって定着ニップ部が形成される。そして、定着ベルト内部に配置されたセラミックヒーターによりニップ部の定着ベルトが加熱され、トナーが記録材へ加熱定着される。この定着動作の際、定着ベルトと、定着ベルト内部に配置されたセラミックヒーターは常に加圧接触した状態で摺動を繰り返すこととなる。

定着ベルトの内周面には、摺動性や熱伝導性を考慮して膜厚が約２０ｕｍ未満のポリイミド膜が形成されているが、定着動作を繰り返すと、この定着ベルト内面が摩耗し、摩擦抵抗が増加し定着ベルトの回転不良が発生しやすいという問題があった。定着ベルトの回転不良が発生すると、異音や画像不良が発生し定着装置の寿命となる。そこで、定着装置の耐久寿命を向上させるために、特許文献２では、セラミックヒーター部の表面へＳＰ^３結合の比率が４０％以上９０％以下のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成した定着装置が提案されている。

特許文献２には、ＳＰ^３結合の比率が８０％のＤＬＣコート層をセラミックヒーター部の表面へ設けることにより、耐摩耗性が向上し、かつ膜の剥離を抑制することで耐久性を向上できるので、良好な定着性を保持し続けることができることが開示されている。

特開２００３－５７９７８号公報特開２０１５－３４９８０号公報

前述のＤＬＣ膜をセラミックヒーター部の表面へ形成することにより、フィルム加熱方式を採用した定着装置の耐久寿命を向上させることはできるが、さらなる耐久寿命の向上が求められていた。

本発明の一態様は、長時間にわたって、安定して定着動作をさせることが可能な定着装置の提供に向けたものである。また、本発明の他の態様は、高品位な電子写真画像を安定して形成することのできる画像形成装置の提供に向けたものである。

本発明の一態様によれば、円筒状の定着ベルトと、ヒーターとを有する定着装置であって、
該定着ベルトは、該ヒーターと接触する内周面を構成する樹脂層を有し、
該ヒーターは、該定着ベルトとの摺動面を構成する表層を有し、
該表層は、グラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜であり、
該摺動面は、該グラファイト微粒子に由来する凸部を有し、かつ、該凸部の分布密度が、該摺動面の１平方ミリメートル当たり５０個～２０００個である、定着装置が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、記録材の上に形成された未定着のトナー像を加熱して該記録材に定着させる定着装置を備え、該定着装置が、上記の定着装置である画像形成装置が提供される。

本発明の一態様によれば、長時間にわたって、安定して定着動作をさせることが可能な定着装置を得ることができる。また、本発明の他の態様は、高品位な電子写真画像を安定して形成することのできる画像形成装置を得ることができる。

本実施の形態における定着装置の模式的な断面図である。本実施の形態における定着ベルトの構成の一例を示す断面図である。本実施の形態におけるヒーターの構成の一例を示す断面図である。本実施の形態におけるグラファイト微粒子の分析結果を示す図である。本実施の形態におけるヒーターの成膜装置の例を示す模式図である。本実施の形態におけるバッフル形状を変えた場合のグラファイト微粒子の分布密度の測定結果を示す図である。本実施の形態におけるグラファイト微粒子の分布の測定結果を示す図である。本実施の形態における定着装置の一例を示す模式的な断面図である。本実施の形態における画像形成装置の一例を示す模式的な断面図である。

本発明者らは、定着装置における定着ベルトとヒーターとの接触部分の摺動性の更なる向上を図る手段としてグラファイトに着目し、鋭意検討を重ねた。その結果、グラファイト微粒子をアモルファスカーボン膜の表層に含有させると、摺動相手材がグラファイトよりも軟質な樹脂やゴム材料であったとしても、グラファイトの自己潤滑性を実現できることを見出した。

グラファイトの結晶構造の如き層状構造を持つ材料は、層間がせん断によって切れやすく低摩擦を与えることができる。そのため、自己潤滑剤として使用されている。
しかし、摺動相手材がグラファイトよりも軟質な材料や弾性材料である場合には、グラファイトが削れないと考えられるため、グラファイトの自己潤滑性の有効性については知られていなかった。
また、グラファイト微粒子をアモルファスカーボン膜の表層に含有させた場合でも同様に、摺動相手材をグラファイトよりも硬質な材料とするのが一般的であり、摺動相手材を、グラファイトよりも軟質な材料、たとえば、樹脂とすることについては知られていなかった。
以下、本態様に係る定着装置について図面を参照して詳しく説明する。

図１に示す定着装置は、定着ベルト１０と定着ベルト１０の内部に配置されたヒーターユニット２０、および加圧ローラ３０を有する。
ヒーターユニット２０は、熱源となるヒーター２１と、横断面が半円弧桶形のヒーターホルダー２２と、横断面が逆Ｕ字形の補強板金２３とから構成されている。
ヒーターホルダー２２は、ヒーター２１を支持するための部材であり、ヒーター２１はヒーターホルダー２２に固定して保持されている。ヒーターホルダー２２は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成されている。
定着ベルト１０は、断面の直径が約３０ｍｍ程度の耐熱性の円筒形状のフィルムからなる。また、定着ベルト１０は、ヒーターユニット２０により加熱され、かつ回転可能である。ヒーターユニット２０と接触する定着ベルト１０の内周面は樹脂材料で形成されている。

加圧ローラ３０も回転可能であり、定着ベルト１０との間で記録材４０を挟持する定着ニップ部Ｎを形成する。
定着ベルト１０の内部に配置されたヒーター２１は、定着ベルト１０の内周面と接触して定着ベルト１０を加熱、かつ、定着ベルト１０を加圧ローラ３０に対して加圧する役割を果たす。
補強板金２３は、加圧ローラ３０により加圧された際に、ヒーター２１が変形しないようにするための部材である。
加圧ローラ３０は、芯金３１と、シリコーンゴムからなる弾性層３２と、フッ素系の樹脂からなる表層３３とで構成されている。

図２は、図１に示した前記定着ベルト１０の断面図を示す。定着ベルト１０は、厚さ３０μｍの円筒状のステンレス基材上１１に、厚さ３００μｍのシリコーンゴム層（弾性層）１２と、厚さ２０μｍのＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）樹脂チューブ（最表面層）１３とが被覆された構造から成る。定着ベルト１０の円筒内周面には、摺動性と熱伝導性とを向上させるためにポリイミド膜１４が形成されている。ポリイミド膜１４の厚さは、熱の伝達効率の低下を抑えるという観点から、２０μｍ以下とすることが好ましい。

図３は、図１に示した前記ヒーター２１の構造およびヒーターの構成を示す。ヒーター２１は、ヒーター基材２１１と、発熱体２１２と、温度センサであるサーミスタ２１３とから構成されている。ヒーター基材２１１は、記録材４０の搬送方向（図１中の矢印方向）に直交する方向を長手とした短冊形状を有する板状の基材である。
ヒーター基材２１１の材質は、絶縁性及び耐熱性に優れ、熱容量が小さいという観点からセラミックスであることが好ましい。特に、窒化アルミニウムまたはアルミナであることが好ましい。必要な熱伝導度や強度を得るという観点より基材の厚さは、例えば、１．０ｍｍとすることが好ましい。発熱体２１２は、ガラスやポリイミド等のオーバーコート層２１４で表面を被覆保護されていることが好ましい。

また、ヒーター基材２１１は、定着ベルト１の内周面との摺動面を構成する表層２１５を、その表面に有する。表層２１５は、グラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜で構成されている。
表層２１５は、耐摩耗性、熱伝導性の観点から、０．２０μｍ以上、０．９０μｍ以下、特には、０．３５μｍ以上、０．６５μｍ以下が好ましい。表層の膜厚の測定方法は後述する。
前記アモルファスカーボン膜は、水素を実質的に含有しないダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜であることが好ましい。
表層２１５の前記摺動面を構成する表面は、前記グラファイト微粒子に由来する凸部を有する。そして、当該凸部を生じさせている前記グラファイト微粒子は、表層分布密度が１平方ミリメートルあたりに、５０個～２０００個であることが好ましく、２００個～１０００個であることがより好ましい。

グラファイト微粒子は、アモルファスカーボン膜の表面に、分布密度に偏りがなく離散的に分布して存在していることが好ましい。また、グラファイト微粒子の少なくとも一部は、アモルファスカーボン膜の表面に露出していることが好ましい。本実施態様においては、後述のようにグラファイト微粒子を球体形状としたが、グラファイト微粒子の形状はこれに限定されるものではなく、楕円体形状、円柱形状、角柱形状などであってもよい。また、グラファイト微粒子は、その直径が０．１９μｍ～３．１μｍであることが好ましい。

ここで、ヒーター基材２１１の表面上へグラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜を形成する成膜方法について説明する。本実施の形態においては、アモルファスカーボン膜の形成方法として公知の、アーク放電によりターゲット材料を真空中で蒸発させて基板上に膜を堆積させるアークプラズマ成膜法を用いた。真空中でアーク放電を起こすと、陰極ターゲットからは、イオン化された陰極材料と、ドロップレットと呼ばれる陰極材料の微粒子が放出されて基材へ付着する。この際、陰極材料を黒鉛とすれば、ドロップレットはグラファイト微粒子となり、グラファイト微粒子とアモルファスカーボン膜を同時に基材上へ形成することが可能である。

図４に、黒鉛を陰極材料として成膜した場合に、基材上へ付着したドロップレットを分析した結果を示す。図４（ａ）は、顕微レーザーラマン分光装置によりドロップレットの構造を分析した結果であり、図４（ｂ）は、集束イオンビーム装置と走査型電子顕微鏡によりドロップレットの断面形状を観察した結果である。
図４（ａ）においては、1580ｃｍ^-1のグラファイト特有のラマンスペクトルピークが観察されており、黒鉛を陰極材料として成膜した場合のドロップレットがグラファイトであることを確認できる。
また、図４（ｂ）においては、グラファイト微粒子の断面形状からグラファイト微粒子は球体形状であることが確認できる。また、図４（ｂ）に示すように、表層の摺動面には、グラファイト微粒子に由来する凸部が形成されている。
なお、本実施の形態においては、黒鉛を原料としたアークプラズマ成膜法を用いたが、この他に黒鉛を原料としたスパッタリング成膜法、レーザーアブレーション成膜法、電子ビーム蒸着法などを採用することも可能である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、アークプラズマ成膜法を用いた一実施形態において、グラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜の成膜工程に用いる成膜装置を示す。図５（ａ）は、フィルタードカソーディックバキュームアーク成膜法（ＦＣＶＡ成膜法）を用いた成膜装置で、図５（ｂ）は、フィルターを有しない通常の真空アーク蒸着成膜装置を示す。ＦＣＶＡ成膜法においては、アーク放電時に陰極から放出されるドロップレットをトラップ除去して成膜することが可能である。また、後述のように、フィルターの条件を制御することにより、ドロップレットの単位面積あたりの個数（分布密度）を変更することが可能であり、本実施形態においては、ドロップレットであるグラファイト微粒子の分布密度を変更して検討を行った。

図５（ａ）に示す成膜装置は、真空チャンバー５１と、真空チャンバー５１に接続された、バキュームアーク電源５４と、アークプラズマ生成室５５と、プラズマ輸送管５６と、フィルターコイル５７と、スキャニングコイル５８とから構成される。真空チャンバー５１内には、基材５３を保持するための基材保持部材５２を有する。アークプラズマ生成室５５は、真空アーク放電によって陰極を蒸発させてプラズマを生成する不図示の真空アーク蒸発源を含む。屈曲形状を有したプラズマ輸送管５６により、アークプラズマ生成室５５と真空チャンバー５１が接続され、プラズマ輸送管５６の周囲には磁場を形成するフィルターコイル５７が巻き回されている。また、フィルターコイル５７以外に、炭素イオンビームを偏向、走査するためのスキャニングコイル５８がある。ＦＣＶＡ成膜法においては、プラズマ輸送管５６内に、ドロップレットをトラップ除去するための蛇腹状の襞（バッフル）５９が設置されているが、本実施の形態においては、バッフルの形状を変更して成膜を行った。

図６に、バッフルの形状（断面図）を変更した場合の、基材上へ形成されるグラファイト微粒子の単位面積あたりの個数（分布密度）を示す。ここで、バッフル形状Ａは、通常のＦＣＶＡ成膜法で使用されるバッフル形状である。バッフル形状Ｂは、形状Ａよりも襞の形状が比較的小さいものであり、バッフル形状Ｃは、襞がない形状のものである。バッフル形状Ａは、襞の高さが５～１０ｍｍ程度で、襞のピッチ間隔が１０ｍｍ程度である。バッフル形状Ｂは、襞の高さが５ｍｍ未満で、襞のピッチ間隔が１０ｍｍ程度である。

図６より、バッフルの形状を変更することにより、グラファイト微粒子の分布密度を調整できることが確認できる。なお、バッフルの形状は、本実施の形態に示した形状に限定されるものではない。
また、本態様において、バッフルの形状を変更することによって、ドロップレットの単位面積あたりの個数（分布密度）を調整した。しかし、この他に、アーク放電電流や、プラズマ輸送管（フィルター）に印加するバイアス電圧、あるいは基材への照射時間などによっても、ドロップレットの分布密度を調整することは可能である。
プラズマ輸送管５６の形状についても本実施形態に限定されるものではなく、図５のような湾曲形状の他、直角に屈折した形状などを用いてもよい。また、ドロップレットのフィルタリング方法は、本実施形態に限定されるものではない。

図５（ｂ）に示す成膜装置は、プラズマ輸送管を有しない点以外は図５（ａ）とほぼ同等の装置であり、真空チャンバー６１と、真空チャンバー６１に接続された、バキュームアーク電源６４、アークプラズマ生成室６５、スキャニングコイル６６から構成される。真空チャンバー６１内には、基材６３を保持するための基材保持部材６２を有する。図５（ａ）の装置と同様に、アーク放電電流や基材への照射時間などによって、グラファイト微粒子の分布密度を調整することが可能である。

次に、図５（ａ）の装置を用いてグラファイト微粒子およびアモルファスカーボン膜を形成する工程について以下に説明する。真空チャンバー５１内の到達真空度を、１×１０^－５Ｐａ以下になるまで不図示の真空ポンプにより排気する。次に、バキュームアーク電源５４により、アークプラズマ生成室５５で炭素プラズマを生成し、フィルターコイル５７あるいはスキャニングコイル５８に所望の電流を制御させて、炭素プラズマを基材５３上へ輸送し、アモルファスカーボン膜を成膜する。この際、陰極からの炭素イオン放出と同時に発生するグラファイト微粒子は、一部はプラズマ輸送管５６内のバッフル５９でトラップ除去されるが、残りの一部は輸送管内を反跳進行して基材５３上へ到達し、基材５３上にグラファイト微粒子が形成される。

図５（ｂ）の装置を用いてグラファイト微粒子およびアモルファスカーボン膜を形成する工程は、図５（ａ）の場合と同様である。真空チャンバー６１内の到達真空度を、１×１０^－５Ｐａ以下になるまで不図示の真空ポンプにより排気する。次に、バキュームアーク電源６４により、アークプラズマ生成室６５で炭素プラズマを生成し、スキャニングコイル６６に所望の電流を制御させて、炭素プラズマを基材６３上へ輸送し、アモルファスカーボン膜を成膜する。陰極からの炭素イオン放出と同時に発生するグラファイト微粒子は、基材方向へ放出されたもののみ基材上へ到達し、基材上にグラファイト微粒子が形成される。

次に、グラファイト微粒子の分布密度を測定する方法について説明する。本実施の形態では、表面観察装置（商品名：Ｓｕｒｆｓｃａｎ６４２０、ケーエルエー・テンコール（ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ）社製）を用いて測定を行った。測定により得られる基材上でのグラファイト微粒子の分布より、ヒーターの表面上での分布密度を算出した。表面観察装置は、グラファイト微粒子を含むアモルファスカーボン膜表面に、収束したレーザー光を走査しながら照射し、グラファイト微粒子からの発生する散乱光の強度プロファイルから、微粒子の密度やその位置および粒径を求めるものである。

図７に、観察結果の一例（基材上でのグラファイト微粒子の分布状態の観察結果の一例）を示す。微粒子の直径は、０．１９μｍ～３．１μｍの範囲である。また、グラファイト微粒子は、分布密度に偏りがなく離散的に基材上で分布していることが確認できる。
なお、本態様においては、「Ｓｕｒｆｓｃａｎ６４２０」を用いてグラファイト微粒子の分布密度を測定したが、表面観察装置として公知の走査型プローブ顕微鏡や走査型電子顕微鏡などを用いて測定することも可能である。

＜通紙耐久試験＞
次に、図１に示した定着装置を用いた通紙耐久試験の方法について説明する。加圧ローラ３０の芯金３１の両端部は、不図示の装置フレームの奥側と手前側の側板間に軸受保持されており、回転可能である。加圧ローラ３０は、ヒーターユニット２０に対し、不図示の加圧手段により加圧された状態で、不図示の駆動系により反時計回りに回転駆動される。その結果、定着ベルト１０は、ヒーター２１の基材の表面と密着した状態で摺動し、ヒーターホルダー２２の周囲を回転駆動する。下記の実施例及び比較例においては、ヒーターの摺動面への印加圧力が最大０．２Ｎ／ｍｍ^２となるように荷重を制御して試験を行った。また、摺動速度は３５０ｍｍ／ｓｅｃとなるように不図示の駆動系を制御して試験を行った。

ヒーター２１の摺動面とは反対側の面には、サーミスタ２１３が設置されており、ヒーター２１の温度を検知している。サーミスタ２１３により得られたヒーター２１の温度情報を元に、不図示の電源を用いて発熱体２１２への通電を制御しながら、ヒーター２１の温度を制御する。下記の実施例及び比較例においては、ヒーター２１の温度が２００℃となるように制御しながら試験を実施した。
定着ベルト１０の内周面には耐熱性潤滑剤として不図示のパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ））をベースオイルとし、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を増ちょう剤として含むフッ素系グリースやＰＦＰＥからなるフッ素系オイルが塗布され、この潤滑剤を介在させた状態で定着ベルト１０の内周面とヒーター基材２１１の表面とを摺擦させている。下記の実施例及び比較例においては、ベースオイルとしてのＰＦＰＥと、増ちょう剤としてのＰＴＦＥとを含むフッ素系グリースを使用した。耐熱性潤滑剤としては、この他の耐熱性グリースやシリコン系の耐熱オイル等を用いることも可能である。

また、本態様に係る定着装置として、日本特許公開２０１０－１２２４５０号公報に記載の誘導加熱方式を用いた定着装置に応用した場合の一例を示す。図８は、この定着装置の断面図を示す。この装置は、定着ベルト７１と、ＩＨ電源７２と、コア７３およびコイル７４と、加圧ローラ７５と、加圧部材７６と、加圧支持部材７７とにより構成される。定着ベルト７１は、導電性の材料から成り、回転可能である。図２と同様に、定着ベルト７１の内周面には、摺動性を向上させるという観点から、厚さ４μｍのポリイミド膜がコートされている。

加圧ローラ７５は回転可能であり、定着ベルト７１との間で記録材７８を挟持する定着ニップ部Ｎを形成する。加圧部材７６は、断面形状がコの字型の加圧支持部材７７によって、加圧ローラの方向に加圧される。加圧部材７６の、定着ベルト７１の内周面と接触して摺動する表面（断面形状が円弧状の領域の面）には、図３と同様に、表層にグラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜を形成した。

図８の装置を用いた、通紙耐久試験の方法について説明する。加圧ローラ７５の両端部は、不図示の装置フレームの奥側と手前側（紙面の奥側と手前側）の側板間に軸受保持されており、回転可能である。加圧ローラ７５は、加圧部材７６に対し、不図示の加圧手段により加圧された状態で、不図示の駆動系により反時計回りに回転駆動される。その結果、定着ベルト７１は、加圧部材７６の表面と密着した状態で摺動し、加圧部材７６および加圧支持部材７７の周囲を時計回りに回転駆動する。定着ベルト７１は、コア７３に巻き回されたコイル７４に、ＩＨ電源７２から交流電流を流して磁場を発生させることにより、誘導加熱される。また、定着ベルト７１の内周面には耐熱性潤滑剤として耐熱性のフッ素系潤滑剤を塗布した。耐熱性潤滑剤としては、この他の耐熱性グリースやシリコン系の耐熱オイル等を用いることも可能である。

図９は、本態様に係る定着装置を搭載した画像形成装置の一例である電子写真フルカラープリンタの概略構成を示す縦断面模式図である。このプリンタは、不図示の外部ホスト装置からの入力画像情報に応じて、記録材８７の上にフルカラー画像を形成して出力することができる。この装置は、中間転写ベルト８１と、２次転写ローラ８２と、４色のトナー像形成部８３～８６と、カセット給紙部８８と、給紙ローラ８９、９０と、排紙トレイ９１と、図１に示した定着装置９２とから構成される。カセット給紙部８８には記録材８７が積載収容される。この装置を用いて、記録材８７の上へ画像が形成される方法について説明する。

はじめに、不図示の外部ホスト装置から入力された画像情報をもとに、トナー像形成部８３～８６のドラムの上へトナー像が形成される。ここでは、トナー像が形成されるプロセス（電子写真プロセス）については公知のため、説明を省略する。また、トナー像形成部の装置詳細についても省略する。トナー像形成部８３～８６の各ドラムの上に形成された４色のトナー像は、不図示の駆動系により回転駆動する中間転写ベルト８１の上へ重畳転写され、未定着のフルカラートナー像が、中間転写ベルト８１の上に合成形成される。その後、給紙ローラ８９によりカセット給紙部８８から搬送された記録材８７は、中間転写ベルト８１と２次転写ローラ８２とから構成される二次転写部において、中間転写ベルト８１の上のフルカラートナー像を二次転写される。二次転写部を通過した記録材８７は、定着装置９２に導入された後、前記未定着のトナー像が定着装置９２により溶融混色、加圧されて記録材８７の表面に定着される。最後に、定着装置９２を通過した記録材８７は排紙ローラ９０により排紙トレイ９１の上に排出される。

＜実施例１＞
まず、図３に示すヒーター基材２１１の上に、図５（ａ）に示す成膜装置を用いて、表層としてのグラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜を形成した。
具体的には、バキュームアーク電源５４を用いて不図示のグラファイトターゲットにアーク放電を発生させ、発生した炭素イオンを真空チャンバー５１へ輸送して、ヒーター基材２１１の上にグラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜を形成した。この際、バキュームアーク電源５４の電流を３０Ａに制御し、不図示の電源によりプラズマ輸送管５６に印加したバイアス電圧を１５Ｖに制御することによって、グラファイト微粒子の分布密度を制御した。バッフル形状は図６に示す形状Ｂを用いた。

上記成膜条件で作製した基材について、表面観察装置（商品名：Ｓｕｒｆｓｃａｎ６４２０、ケーエルエー・テンコール（ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ）社製）を用いてグラファイト微粒子（直径が０．１９μｍ以上３．１μｍ以下）の分布密度を測定したところ、１平方ミリメートルあたりに、約５０個のグラファイト微粒子が形成されていることが分かった。
また、表層の厚みを以下の方法によって測定した。
ヒーター基材２１１の成膜時に、モニター用のシリコンウェハ（エレクトロニクスエンドマテリアルズコーポレーション社製、サイズ：２５ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ、０．６ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）：０．１ｎｍ）をヒーター基材２１１の近傍に配置し、該シリコンウェハ上にもアモルファスカーボン膜を形成した。このとき、シリコンウェハ表面のアモルファスカーボン膜成膜面の一部マスキングして、アモルファスカーボン膜が成膜されない箇所を設けた。成膜後、該シリコンウェハを取り出し、該シリコンウェハ表面のアモルファスカーボン膜の成膜箇所と非成膜箇所の段差を、触針式プロファイラー（商品名：Ｐ－１５、ケーエルエーテンコール（KLA-Tencor）社製を用いて測定し、その値をアモルファスカーボン膜の厚さとした。このようにして測定されたアモルファスカーボン膜の厚みは０．５μｍであった。

次に、上記成膜条件で表層を作製したヒーター基材を備えたヒーター２１を用いて、図１に示す定着装置を作製した。この定着装置を用いて通紙耐久試験を実施した。通紙耐久試験においては、定着ベルトと表層との摺動不良に起因する異音が初めて発生した時点で耐久寿命と判断した。
その結果、本実施例に係る定着装置は、定着動作の時間が５００時間を経過しても、上記異音が発生しなかった。従って、耐久寿命を５００時間以上と評価した。

＜実施例２＞
実施例１と同様にして、ヒーター基材上へグラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜を形成した。ただし、バキュームアーク電源５４の電流を５０Ａ、プラズマ輸送管５６に印加したバイアス電圧を１０Ｖに制御した。また、バッフル形状は図６に示す形状Ｂを用いた。
上記成膜条件にて作製した表層について、実施例１と同じ表面観察装置を用いて実施例１と同様にしてグラファイト微粒子の分布密度を測定した。
また、上記成膜条件で表層を作製したヒーター基材を備えたヒーター２１を用いた以外は実施例１と同様にして定着装置を作製し、通紙耐久試験に供した。その結果、定着動作の時間が５００時間を経過しても、上記異音は発生せず、耐久寿命は５００時間以上と評価した。

＜実施例３＞
実施例１と同様にして、グラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜を形成した。ただし、バキュームアーク電源５４の電流を５０Ａ、プラズマ輸送管５６に印加したバイアス電圧を１０Ｖに制御した。また、バッフルの形状は図６に示す形状Ｃを用いた。
上記成膜条件で作製した表層について、実施例１と同様にしてグラファイト微粒子の分布密度を測定した。
また、上記成膜条件にて表層を作製したヒーター基材を備えたヒーターを用いた以外は、実施例１と同様にして定着装置を作製し、通紙耐久試験に供した。その結果、定着動作の時間が５００時間を経過しても、上記異音は発生せず、耐久寿命は５００時間以上と評価した。

＜実施例４＞
実施例１と同様にして、グラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜を形成した。ただし、バキュームアーク電源５４の電流を５０Ａ、プラズマ輸送管５６に印加したバイアス電圧を５Ｖに制御した。また、バッフルの形状は図６に示す形状Ｃを用いた。
上記成膜条件で作製した表層について、実施例１と同様にしてグラファイト微粒子の分布密度を測定した
また、上記成膜条件にて表層を作製したヒーター基材を備えたヒーターを用いた以外は、実施例１と同様にして定着装置を作製し、通紙耐久試験に供した。その結果、定着動作の時間が５００時間を経過しても、上記異音は発生せず、耐久寿命は５００時間以上と評価した。

＜実施例５＞
図３に示すヒーター基材２１１の上に、図５（ｂ）に示す成膜装置を用いて、表層としての、グラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜を形成した。
具体的には、バキュームアーク電源６４を用いてグラファイトターゲットにアーク放電を発生させ、発生した炭素イオンを真空チャンバー６１へ輸送して、基材へアモルファスカーボン膜とグラファイト微粒子を形成した。
この際、バキュームアーク電源６４の電流を５０Ａに制御することによって、グラファイト微粒子の分布密度を制御した。
上記成膜条件で作製した表層について、実施例１と同様にしてグラファイト微粒子の分布密度を測定した
また、上記成膜条件にて表層を作製したヒーター基材を備えたヒーターを用いた以外は、実施例１と同様にして定着装置を作製し、通紙耐久試験に供した。その結果、定着動作の時間が４８０時間を経過したときに異音が発生した。従って、耐久寿命は４８０時間と評価した。

＜比較例１＞
実施例１と同様にして、ヒーター基材上に、グラファイト微粒子を含むアモルファスカーボン膜を形成した。ただし、バッフルの形状は図６の形状Ａを用いて、バキュームアーク電源５４の電流を３０Ａ、プラズマ輸送管５６に印加したバイアス電圧を１５Ｖに制御した。これは、グラファイト微粒子がフィルターにトラップ除去されやすい成膜条件である。
かかる成膜条件にて作成した表層について、実施例１と同様にしてグラファイト微粒子の分布密度を測定した。
また、上記成膜条件にて表層を作製したヒーター基材を備えたヒーターを用いた以外は、実施例１と同様にして定着装置を作製し、通紙耐久試験に供した。その結果、定着動作の時間が２８５時間を経過したときに異音が発生した。従って、耐久寿命は２８５時と評価した。

表１に、実施例１～５および比較例１のグラファイト微粒子の密度、表層の厚みと耐久結果を示す。

１０定着ベルト
１１ステンレス基材
１２弾性層
１３最表面層
１４ポリイミド膜
２０ヒーターユニット
２１ヒーター
２２ヒーターホルダー
２３補強板金
２１１ヒーター基材
２１２発熱体
２１３サーミスタ
２１４オーバーコート層
２１５グラファイト微粒子を表層に含有したアモルファスカーボン膜
３０加圧ローラ
３１芯金（導電性の軸芯体）
３２弾性層
３３表層
４０記録材
５１真空チャンバー
５２基材保持部材
５３基材
５４バキュームアーク電源
５５アークプラズマ生成室
５６プラズマ輸送管
５７フィルターコイル
５８スキャニングコイル
６１真空チャンバー
６２基材保持部材
６３基材
６４バキュームアーク電源
６５アークプラズマ生成室
６６スキャニングコイル
７１定着ベルト
７２ＩＨ電源
７３コア
７４コイル
７５加圧ローラ
７６加圧部材
７７加圧支持部材
７８記録材
８１中間転写ベルト
８２２次転写ローラ
８３～８６トナー像形成部
８７記録材
８８カセット給紙部
８９、９０給紙ローラ
９１排紙トレイ
９２定着装置

Claims

円筒状の定着ベルトと、ヒーターとを有する定着装置であって、
該定着ベルトは、該ヒーターと接触する内周面を構成する樹脂層を有し、
該ヒーターは、該定着ベルトとの摺動面を構成する表層を有し、
該表層は、グラファイト微粒子を含有するアモルファスカーボン膜であり、
該摺動面は、該グラファイト微粒子に由来する凸部を有し、かつ、該凸部の分布密度が、該摺動面の１平方ミリメートル当たり５０個～２０００個である、ことを特徴とする定着装置。
前記グラファイト微粒子の直径が０．１９μｍ～３．１μｍである請求項１に記載の定着装置。
前記グラファイト微粒子が、前記アモルファスカーボン膜の表面に存在し、かつ離散的に分布している請求項１に記載の定着装置。
前記表層の厚さが、０．２０μｍ～０．９０μｍである請求項１に記載の定着装置。
前記表層の厚さが、０．３５μｍ～０．６５μｍである請求項４に記載の定着装置。
前記樹脂層が、ポリイミド樹脂層である請求項１に記載の定着装置。
記録材の上に形成された未定着のトナー像を加熱して該記録材に定着させる定着装置を備える画像形成装置であって、該定着装置が、請求項１に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。