JP7841003B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録材に画像を定着させる定着装置、及び記録材に画像を形成する画像形成装置に関する。

特許文献１には、筒状のフィルムと、フィルムの内面と接触するヒータと、ヒータを支持するステーと、フィルムを挟んでヒータと共に定着ニップを形成する加圧ローラとを有し、フィルムの内面とヒータ表面との間に潤滑剤を介在させた定着装置が記載されている。また、特許文献１には、ステーの長手両端部に潤滑剤を溜める凹部を設けることで、フィルム端部からの潤滑剤の横溢防止を図っている。

特開２００８－７６５８９号公報

定着装置で使用される潤滑剤は、主成分として基油と増稠剤を含有することが多く、摺動する物体同士の界面で基油が油膜（摺動膜）を形成することで摩擦を低減する。長期に渡って定着装置を使用する場合、基油の押し出しや蒸発等の何らかの理由で摺動膜を維持できなくなると、摺動性が低下し、定着時の画像不良やフィルムの変形破損が生じ得る。

摺動膜が長期に亘り維持されるように潤滑剤の塗布量を増やした場合、増稠剤により熱伝導が妨げられることで、特に定着装置の組み立て直後の初期状態において定着不良が生じる場合がある。一方、潤滑剤中の基油の比率を高くした場合、潤滑剤の粘度が低くなって潤滑すべき領域の外部に基油が流出しやすくなるため、摺動膜を長期に亘って維持することにはつながらない。

そこで、本発明は、良好な初期定着性と、長期に亘り安定した摺動性と、を実現可能な定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、回転可能な筒状の回転体と、前記回転体の内面と摺接する接触面を有し、前記回転体の内部空間に配置され、前記回転体を加熱する加熱体と、前記回転体の外面と当接し、前記加熱体と共に前記回転体を挟むように配置された加圧部材と、を有し、前記回転体と前記加圧部材との間のニップ部で記録材を挟持して搬送しながら前記記録材上の画像を加熱し画像を記録材に定着する定着装置であって、前記回転体は、前記内面を形成する内層を有し、前記内層は、樹脂材料中に針状フィラーが分散した樹脂組成物で形成された樹脂フィルムであり、前記回転体の前記内面と前記加熱体の前記接触面との間に、潤滑剤が介在しており、前記潤滑剤は、前記潤滑剤の総質量に対して８０％以上の割合の基油を含有し、前記回転体の前記内面の展開面積比Ｓｄｒは、０．１０以上０．５０以下であり、前記針状フィラーは、前記樹脂組成物の全体積に対して２０容量％以上４５容量％以下の割合で添加されている、ことを特徴とする定着装置である。

本発明によれば、良好な初期定着性と、長期に亘り安定した摺動性と、を実現可能な定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

実施例１に係る定着装置の断面図（ａ）、定着フィルムの概略図（ｂ）、及び定着装置の分解斜視図（ｃ）。 実施例１に係るヒータの概略図（ａ）及び断面図（ｂ）。 実施例１に係る定着フィルムの説明図（ａ、ｂ）。 実施例１に係る画像形成装置の概略図。

以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。

《第１実施形態》
第１実施形態に係る定着装置１について説明する。まず、定着装置１と、定着装置１を備えた画像形成装置の例を説明する。

図１（ａ）は、本実施形態に係る定着装置１の断面図である。図１（ｂ）は、本実施形態に係る定着フィルム１３の層構成を示す概略図である。図１（ｃ）は、本実施形態に係る定着装置１の分解斜視図である。

定着装置１は、電子写真方式又は静電記録方式等の画像形成装置において、現像剤（トナー）を用いて記録材に形成された画像を加熱することで記録材に定着させる熱定着方式の装置（像加熱装置）である。

図１（ａ）（ｃ）に示すように、定着装置１は、定着フィルム１３を含むフィルムユニット１０と、加圧ローラ２０と、を有するフィルム加熱方式の装置である。フィルムユニット１０は、ヒータ１１と、保持部材１２と、定着フィルム１３と、金属ステー１４と、加圧バネ１５と、を含む。後述するように、定着フィルム１３の内面１３１と、定着フィルム１３の内面１３１と摺接するヒータ１１の接触面１１１との間には、潤滑剤が介在する。

定着フィルム１３は、回転可能な筒状（中空状）の回転体の例である。ヒータ１１は、定着フィルム１３の内面１３１と摺接する接触面１１１を有し、定着フィルム１３の内部空間に配置され、定着フィルム１３を加熱する加熱体の例である。加圧ローラ２０は、定着フィルム１３の外面１３２と当接し、ヒータ１１（加熱体）と共に定着フィルム１３を挟むように配置された加圧部材の例である。定着フィルム１３を間に挟んで加圧ローラ２０とヒータ１１（加熱体）とが圧接されることで、定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に定着ニップＮ（ニップ部）が形成されている。

（定着フィルム）
定着フィルム１３は、ヒータ１１により加熱されて昇温し、定着ニップＮを通過する記録材上の画像と接触して画像を加熱する加熱部材である。本実施形態の定着フィルム１３は、可撓性（柔軟性）及び耐熱性を有するフィルム材（薄膜）で形成されており、例えば樹脂フィルム又は金属薄膜で形成される。なお、柔軟な定着フィルム１３に代えて、より剛性の高い中空状（円筒状）の回転体を用いてもよい。また、定着フィルム１３は、複数の材料層を積層した複合材料であってよい。

本実施形態に係る定着フィルム１３は、内面１３１を形成する基層１３ａ（内層）と、基層１３ａの上に設けられた導電プライマ層１３ｂと、導電プライマ層１３ｂの上に形成された離型層１３ｃと、で構成される（図１（ｂ））。基層１３ａは、樹脂フィルムであり、例えば厚さ２０～１００μｍのポリイミド樹脂で形成される。離型層１３ｃは、例えばＰＦＡ（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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、又はＦＥＰ（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）等のフッ素樹脂からなる。

本実施形態の実施例において、基層１３ａはポリイミド製で厚み６０μｍとし、導電プライマ層１３ｂは厚み３μｍとし、離型層１３ｃは導電剤を添加したＰＦＡを厚み１０μｍでコーティングして形成する。定着フィルム１３の総厚は約７３μｍ、直径は１８ｍｍである。また、基層１３ａには高熱伝導性フィラーを混入することにより高熱伝導化を図る。本実施形態における定着フィルム１３の更なる詳細は後述する。

（加熱体）
加熱体は、定着フィルム１３に対して熱を供給して加熱する機能を持つ部材である。加熱体は、それ自身が発熱するものであってもよいし、他の熱源から受け取った熱を定着フィルム１３に熱を伝えるものであってもよい。

本実施形態では、加熱体の例として、それ自身が発熱するヒータ１１について説明する。図２（ａ）は、ヒータ１１を加圧ローラ２０の側（図１（ａ）において下側）から見た概略図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ－Ｂ’線におけるヒータ１１の断面図である。

ヒータ１１は、耐熱性及び絶縁性を有する基板１１ａと、基板１１ａ上に形成され、通電により発熱する発熱抵抗体１１ｂと、を有する。基板１１ａは、アルミナ若しくは窒化アルミニウム等の絶縁体基板、又は金属製の板にガラスコートを施して絶縁性を持たせた基板など、高熱伝導性の細長い直方体形状（板状）の部材である。発熱抵抗体１１ｂは、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）などの電気抵抗材料からなり、スクリーン印刷等の方法により基板１１ａの表面に厚み約１０μｍで形成される。本実施形態の発熱抵抗体１１ｂは、定着ニップＮの長手方向（記録材搬送方向と直交する方向）にそれぞれ延びる２本の部分を含むパターンで形成される。

また、本実施形態のヒータ１１は、保護層１１ｃと、基板１１ａ上に形成された２つの接点１１ｅ及び配線１１ｄと、を有する。２つの接点１１ｅは、発熱抵抗体１１ｂに電力を供給するための給電端子と接続される。配線１１ｄは、接点１１ｅと発熱抵抗体１１ｂを電気的に接続し、一方の接点１１ｅから発熱抵抗体１１ｂを経由して他方の接点１１ｅに至る回路を形成するように配置されている。保護層１１ｃは、ガラスやフッ素樹脂などの耐熱性を有する材料からなり、発熱抵抗体１１ｂ及び配線１１ｄを覆うように形成される。本実施形態において、定着フィルム１３の内面と摺接する加熱体の接触面１１１は、保護層１１ｃの表面である。

本実施形態の実施例では、基板１１ａとして厚み１ｍｍのアルミナ基板を使用し、基板１１ａ上に銀パラジウムの発熱抵抗体１１ｂを形成し、更に保護層１１ｃとして厚み６０μｍのガラスをコートしたヒータ１１を使用する。

（保持部材）
保持部材１２はヒータ１１等を保持する部材（ヒータホルダ）である。保持部材１２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱性樹脂で形成される。保持部材１２の熱伝導率が低いほど定着装置１の熱効率が良くなるので、耐熱性樹脂中にガラスバルーンやシリカバルーン等の低熱伝導フィラーを内包してあっても良い。

保持部材１２は、金属ステー１４を介して加圧バネ１５の付勢力を受け、ヒータ１１を加圧ローラ２０側へ付勢する。これによって、ヒータ１１及び保持部材１２に外嵌された定着フィルム１３と、加圧ローラ２０との間に、長手方向に渡って略均一な接触圧及びニップ幅の定着ニップＮが形成される。また、保持部材１２は、定着フィルム１３の回転を案内する役目も持つ。

保持部材１２にはヒータ１１を保持するための溝穴（溝部）が設けられている。ヒータ１１は、溝穴に嵌合された状態で保持部材１２に保持される。

（加圧ローラ）
加圧ローラ２０は、図１（ａ）に示すように芯金２１と、芯金２１の外周に形成された弾性層２２と、弾性層２２の外周に形成された離型層２３と、を有する。芯金２１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）又はＡｌ等の金属製の軸状部材である。弾性層２２は、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムで形成した弾性ソリッドゴム層である。より断熱性を高めるため、弾性層２２は、シリコーンゴムを発泡させて形成した弾性スポンジゴム層、又は、シリコーンゴム層内に中空のフィラー（マイクロバルーン等）を分散させ、硬化物内に気体部分を持たせた弾性気泡ゴム層であってもよい。離型層２３は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で形成される。

本実施形態の実施例では、弾性層２２としてシリコーンバルーンゴム層を厚み３．５ｍｍで形成し、離型層２３としてＰＦＡ層を渥美３０μｍで形成する。加圧ローラ２０の直径は１８ｍｍであり、加圧ローラ２０の表面硬度はアスカーＣ硬度で４０度である。

（金属ステー）
金属ステー１４は、フィルムユニット１０の剛性を高める補強部材（剛性部材）としての役割を有する。図１（ａ）（ｃ）に示すように、金属ステー１４は、長手方向に垂直な断面においてコ字状に形成され、長手方向に細長く延びている。

（加圧バネ）
加圧バネ１５は、定着ニップＮにおける加圧力を生み出すための付勢部材として機能する。本実施形態において、加圧バネ１５は、定着ニップＮの長手方向におけるフィルムユニット１０の両端部に配置される。金属ステー１４の両端部には、加圧バネ１５の付勢力をそれぞれ受けるバネ受け部が設けられている。加圧バネ１５による荷重は、剛性の高い金属ステー１４を介して、定着ニップＮの長手方向における保持部材１２の全体に渡って均一に伝達される。定着ニップＮでは、加圧バネ１５の付勢力により、定着フィルム１３がヒータ１１と加圧ローラ２０の間に挟まれ、ヒータ１１の接触面１１１に密着した状態になる。

（定着動作）
加圧ローラ２０は芯金２１の端部に設けられた不図示の駆動ギアにより、駆動源（画像形成装置本体に配置されるモータ）から図２（ａ）の矢印の方向の回転駆動力を入力される。加圧ローラ２０の回転駆動に伴って、定着フィルム１３は定着ニップＮで加圧ローラ２０から受ける摩擦力により、加圧ローラ２０に追従して回転する。

定着フィルム１３とヒータ１１との間には、潤滑剤が介在する。潤滑剤としては、フッ素系やシリコーン系の耐熱性グリスを用いることができる。潤滑剤は、フィルムユニット１０の組み立て時に、ヒータ１１の接触面１１１若しくは定着フィルム１３の内面１３１、又は接触面１１１及び内面１３１の両方に塗布される。潤滑剤により、定着フィルム１３の内面１３１とヒータ１１の接触面１１１との界面における摩擦を低減し、定着フィルム１３は滑らかに回転できる。

なお、定着装置１の温度制御は例えば次のように行われる。ヒータ１１の基板１１ａの背面（接触面１１１の裏側の面）には、サーミスタ等の温度検知素子が配置される。画像形成装置本体の制御部は、温度検知素子の検知信号に応じて、電力供給回路からヒータ１１への電力供給をＯＮ／ＯＦＦする時間比（電力デューティー）を制御する。これにより、定着ニップＮ内の温度が画像の定着に適した所定の目標温度で維持される。

未定着のトナー像が形成された記録材が定着装置１に搬送されてくると、定着装置１は定着ニップＮで記録材を挟持して搬送しながら、定着フィルム１３で記録材上のトナー像を加熱する。

なお、本実施形態における定着装置１は、プロセススピード１７０ｍｍ／ｓｅｃ、目標温度１８０℃でＬＴＲサイズの記録材を３０ｐｐｍの速度で定着処理することができる。また、定着装置１の製品寿命は、累積印刷枚数５００００枚に設定される。

（画像形成装置）
図４は、定着装置１を備えた画像形成装置１００の一例である。画像形成装置１００は、例えば外部から受信した画像情報に基づいて、記録材Ｐを１枚ずつ搬送しながら記録材Ｐ上に画像を形成する一連の動作（画像形成動作、通紙動作）を実行可能である。記録材Ｐ（記録媒体）としては、普通紙及び厚紙等の紙、コート紙のような表面処理が施されたシート材、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート材、プラスチックフィルム、布等、サイズ及び材質の異なる多様なシート材を使用可能である。画像形成装置１００は、単機能プリンター、複写機能を備えた複写機、複数の機能を有する複合機のいずれであってもよい。

図示した画像形成装置１００は、画像形成部として直接転写方式のプロセスユニット２００を備えた電子写真モノクロプリンターである。プロセスユニット２００は、像担持体としての感光ドラム２０１と、帯電部としての帯電ローラ２０２と、現像部としての現像ローラ２０３と、現像剤としてのトナーを収容するトナー収容部２０４と、転写部材としての転写ローラ２０５と、を含む。転写ローラ２０５と感光ドラム２０１とによって、記録材Ｐへの画像形成（トナー像の転写）が行われる転写部としての転写ニップが形成される。プロセスユニット２００は、画像形成装置１００の本体に対して着脱可能なカートリッジであってよい。

また、画像形成装置１００は、露光装置１１２と、定着装置１と、記録材Ｐの搬送を行う複数のローラ（１１４、１１５、１１６、１１７）と、を有する。

画像形成装置１００の制御部が画像情報を受信すると、画像形成動作が開始される。感光ドラム２０１は、図中矢印方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。帯電ローラ２０２は、感光ドラム２０１の表面を一様に帯電させる。露光装置１１２は、画像情報に基づいて感光ドラム２０１に光を照射して感光ドラム２０１の表面に静電潜像を書き込む露光処理を行う。現像ローラ２０３は、トナー収容部２０４に収容されているトナーを担持して感光ドラム２０１に供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像されたトナー像は、感光ドラム２０１に担持され、感光ドラム２０１の回転により転写ニップに搬送される。

トナー像の作成と並行して、画像形成装置１００の下部に設けられた収納部から給送ローラ１１４により記録材Ｐが給送される。分離ローラ対１１５は、記録材Ｐを１枚ずつに分離した状態で搬送する。レジストレーションローラ対１１６は、感光ドラム２０１上のトナー像が転写ニップに到達するタイミングに合わせて、搬送されてきた記録材Ｐを転写ニップに搬送する。そして、転写ニップにおいて、転写ローラ２０５に転写電圧が印加されることにより、感光ドラム２０１から記録材Ｐにトナー像が転写される。

転写ニップを通過した記録材Ｐは、定着装置１に搬送され、定着ニップＮでトナー像の熱定着処理を受ける。定着装置１を通過した記録材Ｐは、排出ローラ対１１７により画像形成装置１００の外部に排出される。

以上で説明した画像形成装置１００は、定着装置１を搭載可能な画像形成装置の一例であり、他の構成を備えた画像形成装置に定着装置１を搭載してもよい。例えば、画像形成装置は、複数のプロセスユニット２００を有し、複数色のトナーを用いてカラー画像を形成するカラープリンタであってもよい。また、プロセスユニット２００は、感光ドラム２０１から記録材Ｐに直接トナー像を転写する直接転写方式に限らず、感光ドラム２０１から中間転写ベルト等の中間転写体を介して記録材Ｐにトナー像を転写する中間転写方式であってもよい。

［定着フィルムの潤滑剤保持機能］
本実施形態における定着フィルム１３及び潤滑剤について説明する。図３（ａ）は、本実施形態に係る定着フィルム１３を、定着ニップＮの長手方向に垂直な断面で切断した断面と、その一部を拡大した部分拡大図である。

図３（ａ）に示すように、定着フィルム１３の内面１３１には微細な凹凸が形成される。本実施形態の定着フィルム１３は、内面１３１の微細な凹凸の隙間に潤滑剤の基油を保持することで、長期に亘って安定した摺動性を実現することができる。

本実施形態の実施例では、定着フィルム１３の基層１３ａを形成する樹脂材料中にフィラーを分散させることで内面１３１の凹凸の程度を制御する。フィラーとしては針状フィラー１３ｄを使用する。基層１３ａ内では、針状フィラー１３ｄ同士が複雑に接し合った網目構造が形成される。

本実施形態の実施例において、基層１３ａはポリイミド樹脂で形成される。基層１３ａには、熱硬化型ポリイミド樹脂と熱可塑型ポリイミド樹脂のいずれも用いることができるが、実施例では熱硬化型ポリイミド樹脂を用いる。ポリイミド前駆体に針状フィラー１３ｄを添加して分散させたものをポリイミドワニスと呼ぶ。円柱状芯体の外面においてポリイミド樹脂を成膜し、乾燥後、加熱して硬化させることで基層１３ａを形成することができる。成膜方法は、容器にポリイミドワニスを満たし、円柱状芯体を挿入して引き抜くディッピング方式でも良いし、ディスペンサーを用いてポリイミドワニスを円柱状芯体の外面へ螺旋状に塗工するリング塗工方式でも良いし、公知の他の方式でもよい。

定着フィルム１３の内面１３１の凹凸の程度は、展開面積比Ｓｄｒを指標として数値化することができる。展開面積比Ｓｄｒは、国際標準化機構の規格ＩＳＯ２５１７８に規定されている。展開面積比Ｓｄｒは、定義領域の展開面積（表面積）が、定義領域の見かけ上の面積に対して増加した割合を示す。レーザー顕微鏡（例えば、株式会社キーエンス製ＶＫ－９５００（商品名））を用い、対物レンズ１５０倍において表面形状を測定することで展開面積比Ｓｄｒを求めることができる。

本実施形態においては、増稠剤を配合しない、実質的に基油のみからなる潤滑剤を使用する。基油としては、ＰＦＰＥのようなフッ素オイルや、シリコーンオイル等を用いることができる。ＰＦＰＥは、パーフルオロアルキレンエーテルを繰り返し単位として有するポリマーである。パーフルオロアルキレンエーテルの具体例としては、パーフルオロメチルエーテル、パーフルオロエチルエーテル、パーフルオロプロピルエーテル、パーフルオロイソプロピルエーテルが挙げられる。

なお、「実質的に基油のみからなる」とは、基油以外の主成分を含まないことを意味しており、微量の添加剤（例えば潤滑剤全体の質量に対して１０％以下、好ましくは５％以下、より好ましくは１％以下）を含有していてもよい。添加剤とは、酸化防止剤、消泡剤、耐摩耗剤など、潤滑剤の用途に応じて潤滑剤の性能を向上させるために添加される、基油及び増稠剤以外の成分である。本実施形態の実施例（後述の実施例１－１～１－４）では、増稠剤及び添加剤を含まず基油成分のみからなる潤滑剤（基油の配合割合が１００％の潤滑剤）を用いる。

本実施形態では、増稠剤を含まない潤滑剤を用いるため、増稠剤によってヒータ１１（加熱体）から定着フィルム１３への熱伝導が妨げられることがない。従って、潤滑剤の塗布量を多くしたとしても、良好な定着性を得ることができる。

定着フィルム１３の内面１３１の微細な凹凸に基油が触れると、図３（ｂ）に示すように、毛細管現象により凹部内に基油が侵入し、保持される。これにより、定着フィルム１３の内面１３１とヒータ１１の接触面１１１との間に、基油の膜である摺動膜２５が形成された状態が長期に亘って維持される。

展開面積比Ｓｄｒが適切な範囲に収まるように定着フィルム１３の内面１３１に凹凸を形成させることで、定着フィルム１３による基油の保持作用を得ることができる。これにより、増稠剤を添加していない基油のみの潤滑剤であっても、定着フィルム１３の内面１３１の全体に摺動膜２５が形成され、且つ保持される。このため、長期に亘って安定した摺動性を得ることができ、定着フィルム１３の走行安定性を高めることができる。

増稠剤を含む潤滑剤は、高温になると基油が増稠剤から離油しやすくなる。粘性体である潤滑剤に対し、基油は粘度の低い液体である。このため、毛細管現象により部材間の隙間を通じて基油が拡散したり、定着動作に伴う圧変化により定着ニップＮの外側に基油が押し出されたりする。また、定着動作時の加熱により基油が徐々に蒸発する。このような要因により、長期に亘って使用する間に、潤滑剤中の基油の量は徐々に減少する。基油の減少により摺動膜が維持できなくなると、定着フィルム１３とヒータ１１の摺動性が低下し、定着フィルム１３の走行安定性が損なわれる結果、記録材の搬送不良や定着時の画像不良が生じ得る。

本実施形態によれば、基油のみからなる潤滑剤を使用し、展開面積比Ｓｄｒが所定範囲内となる定着フィルム１３を用いることで、良好な定着性と、長期に亘り安定した摺動性と、を実現することができる。

（定着フィルムの詳細）
本実施形態の実施例１（実施例１－１～１－４）に係る定着フィルム１３の詳細について、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。定着フィルム１３の基層１３ａは、ベース材質であるポリイミド樹脂中に針状フィラー１３ｄを添加したポリイミド樹脂組成物である。針状フィラー１３ｄとしては、針状カーボンナノチューブ、針状酸化チタン、又はこれらの混合物を用いることができる。実施例１では針状カーボンナノチューブを用いた。カーボンナノチューブは直径３μｍ以下、長さは５０μｍ以下の形状のものを用いるのが望ましい。実施例１では、株式会社レゾナック・ホールディングスのＶＧＣＦ－Ｈ（ＶＧＣＦは登録商標）を用いた。なお、後述する展開面積比Ｓｄｒが適切な値となるように定着フィルム１３の内面１３１に微細な凹凸を形成できるものであれば、針状以外の形状のフィラーを用いてもよい。

定着フィルム１３の内面１３１に微細な凹凸を発現させるには、針状フィラー１３ｄの添加量を調整する。本実施形態において、針状フィラー１３ｄの添加量は、実施例１－１では２０容量％、実施例１－２では３０容量％、実施例１－３では４０容量％、実施例１－４では４５容量％に設定した。上記の単位（容量％）は、基層１３ａの全体積に対して、基層１３ａ中に分散される針状フィラー１３ｄの合計体積が占める割合を表す。

実施例１において、潤滑剤としては増稠剤を加えないＰＦＰＥ潤滑剤（ソルベイ社製フォンブリンＭ３０）を用いた。定着フィルム１３の内面１３１に６０ｍｇのＰＦＰＥ潤滑剤をスプレー塗布した。

比較例として、フィラーの添加量又は種類が実施例１と異なる比較例１～３を用意した。比較例１では、基層１３ａに針状フィラー１３ｄを添加せず、代わりに３０容量％の鱗片状フィラーを添加した。比較例２では、基層１３ａに１０容量％の針状フィラー１３ｄを添加した。比較例２では、基層１３ａに５０容量％の針状フィラー１３ｄを添加した。比較例４については後述する。

表１の「展開面積比Ｓｄｒ（初期）」は、各例における展開面積比Ｓｄｒの測定結果を表す。針状フィラーの添加量を増やすと展開面積比Ｓｄｒの値が増大する（定着フィルム１３の内面１３１の表面積が増える）傾向がみてとれる。また、展開面積比Ｓｄｒの大きさはフィラーの形状にも依存し、鱗片状フィラーを添加した場合は針状フィラーを添加した場合と比べて展開面積比Ｓｄｒが低くなることもみてとれる。

また、展開面積比Ｓｄｒと潤滑剤の保持力の関係を調べた。表１の「清掃後の重量増加」行の数値は、各例の定着フィルム１３の新品状態における重量と、潤滑剤をスプレー塗布した後に潤滑剤を入念に拭きとった清掃後の重量と、をそれぞれ測定し、それらの差分を表す。つまり、清掃後の重量増加が大きいほど、定着フィルム１３による潤滑剤の保持力が大きい。拭き取り清掃は、日本製紙クレシア株式会社製キムワイプＳ－２００（商品名）を清掃棒に被せた清掃具で摺擦する方法で行った。１つの定着フィルムにつき、１０往復摺擦清掃する毎にキムワイプＳ－２００を交換することを１０回繰り返した。

表面形状の影響を比較するため、比較例１と同じ材質で定着フィルム１３を形成すると共に、事後的に定着フィルム１３の内面１３１に凹凸を形成した比較例４を試作した。比較例４は、金型の表面をエッチング加工により微細な凹凸をつけ、金型表面形状を定着フィルム１３の内面１３１に転写したものである。凹凸の状態は、実施例１－２と同等となるよう調整した。

表１の「展開面積比Ｓｄｒ（初期）」及び「清掃後の重量増加」を見ると、展開面積比Ｓｄｒが高いほど、拭き取り清掃後も定着フィルム１３に保持される潤滑剤の重量が多かった。つまり、展開面積比Ｓｄｒが高いほど、定着フィルム１３による潤滑剤の保持力が高かった。これは、毛細管現象により、潤滑剤が定着フィルム１３の内面１３１に形成された凹凸の微細な隙間に入り込み、拭き取り清掃を経ても潤滑剤が隙間に残存したからだと考えられる。

また、実施例１－１～１－４及び比較例１～４を用いて、耐久試験を行った。表１の「画像不良に至る通紙枚数」及び「変形枚数」は、耐久試験の結果を表す。耐久試験は、各例の定着フィルム１３を定着装置１に装着した画像形成装置１００に繰り返し通紙しながら、定着フィルム１３の走行安定性を評価した。定着フィルム１３の走行安定性は、画像不良の有無及び定着フィルム１３の変形破損の有無で評価した。耐久試験中に潤滑剤の摺動膜が消失すると、摩擦力が増大し、定着フィルム１３と記録材Ｐとの間、及び定着フィルム１３と記録材Ｐ上の画像との間で滑りが生じることで、画像不良が発生する場合がある。また、通紙に伴い定着フィルム１３に負荷がかかることで定着フィルム１３の変形破損が生じる場合もある。画像不良又は変形破損が生じるまで通紙を続け、その枚数を記録した。単位の「Ｋ枚」は、１０００枚であり、例えば比較例１の「４１」は約４１０００枚の記録材Ｐを通紙した時点で画像不良が生じたことを表す。

表１の「画像不良に至る通紙枚数」及び「変形枚数」を見ると、比較例１～４に比べ実施例１－１～１－４では定着フィルム１３の耐久性が大幅に向上したことが分かる。この結果から、展開面積比Ｓｄｒが０．１以上（小数第三位を四捨五入して０．１０以上）であれば、定着フィルム１３は潤滑剤を十分に保持し、長期に亘って摺動膜を維持できると考えられる。

実施例１－４及び比較例３では、画像不良よりも先に定着フィルム１３の変形破損が生じたため、耐久試験を中断し、その時点での通紙枚数を記録した。一般的に、ポリイミドチューブにおいて、高熱伝導性フィラーを多量に添加すると、材料物性が脆化する傾向がある。定着フィルム１３の力学的強度という観点では、高熱伝導性フィラーの添加量には上限があり、実験の結果、４５容量％程度までに留めるのが好ましいと言える。つまり、ポリイミド樹脂中に添加するフィラーの量は、２０容量％以上４５容量％以下とすることが好ましい。

また、針状フィラー１３ｄを４５容量％の添加量で添加したときの展開面積比Ｓｄｒは０．５０３（実施例１－４）であったことから、展開面積比Ｓｄｒが０．５以下（小数第三位を四捨五入して０．５０以下）であることが好ましいと言える。

実施例１－３、１－４では実施例１－１、１－４よりも更に耐久性が向上していた。このため、耐久性の観点からは、展開面積比Ｓｄｒが小数第二位までの値で０．２６以上０．４２以下であることがより好ましい。

次に、長期に亘って使用した場合に定着フィルム１３の内面１３１の凹凸が摩耗するか否かを検討した。耐久試験後の定着フィルム１３の内面１３１を観察し、展開面積比Ｓｄｒを改めて算出した。表１の「展開面積比Ｓｄｒ（耐久後）」は、各例について算出された耐久試験後の展開面積比Ｓｄｒを表す。

表１の「展開面積比Ｓｄｒ（耐久後）」に示すように、比較例４では初期状態に比べて耐久試験後の展開面積比Ｓｄｒが大幅に低くなったことが分かる。つまり、比較例４は金型の凹凸を転写することで定着フィルム１３の内面１３１に微細な凹凸を付与したものであるが、この凹凸は通紙時の摩耗により減少したと考えられる。通紙時には、定着フィルム１３の内面１３１には圧力、熱、及び剪断力が加わるため、通紙時に受ける外力によって内面１３１が鞣され、微細な凹凸を維持できなかったと考えられる。

それに対し、実施例１－１～１－４及び比較例２、３では、基層１３ａに添加した針状フィラー１３ｄによって内面１３１の微細な凹凸が形成される。内面１３１において、針状フィラー部とポリイミド樹脂部の海島構造は、三次元的に形成される。このことから、通紙時に受ける外力によって内面１３１の最表層が損傷したとしても、微細な凹凸構造（海島構造）が維持され、比較例４よりも長期に亘って潤滑剤の保持力が高いまま維持されたと考えられる。

なお、基層１３ａの摩耗が小さい場合は、比較例４のようにフィラーによらずに定着フィルム１３の内面１３１に微細な凹凸を形成する方法を採用してもよい。

以上の実施例１－１～１－４及び比較例１～４では、潤滑剤として増稠剤を含まないフォンブリンＭ３０を用いていた。増稠剤の影響を調べるため、増稠剤を含有する潤滑剤を使用した比較例を用意した。

比較例５、６では、増稠剤を含有する潤滑剤として東レ・ダウコーニング社製のモリコート（登録商標）ＨＰ－３００を使用する。比較例５ではモリコートＨＰ－３００をヒータ１１上に２５０ｍｇ塗布し、比較例６ではモリコートＨＰ－３００をヒータ１１上に６０ｍｇ塗布した。定着装置１の潤滑剤以外の構成は実施例１－１～１－４と同じである。

前述したように、増稠剤はヒータ１１（加熱体）から定着フィルム１３への熱伝導を妨げる阻害物となり得る。このため、定着装置１において増稠剤を含有する潤滑剤を使用すると、定着装置１が組立てられた直後の初期状態では潤滑剤が馴染んでいないために、増稠剤が記録材Ｐへ与える熱量にバラつきを引き起こし、定着不良が起こる場合があった。例えば、初期状態で全面黒色画像を印刷すると、潤滑剤に起因する熱量ムラにより画像が部分的に剥がれたり、出力画像を手で擦ると剥がれ落ちたりする場合がある。こういった定着不良を防ぐために、初期状態においては定着装置１の温度制御の目標温度を、例えば通常より１０℃高く設定することで対策する場合がある。

これに対し、本実施形態においては、増稠剤を含まない基油を潤滑剤に使用していることから、増稠剤に起因する初期状態での定着不良を改善することが期待できる。そこで、上記の比較例５、６と実施例１－１～１－４の初期状態での定着性（初期定着性）を評価する比較実験を行った。初期状態の定着装置１を使用し、目標温度は各例で共通とした。各例の定着フィルム１３が装着された画像形成装置１００に対し、坪量８０ｇのＡ４サイズ紙（Canon Red Label Superior FSC 80g/m² A4 paper）に全面黒色画像を印刷させ、画像剥がれの有無を評価した。結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例１－１～１－４ではいずれも初期定着性が良好（○）であった。一方、比較例５では画像剥がれが発生したため、初期定着性は劣っていた（×）。比較例６は比較例５よりも潤滑剤の塗布量を少ないものの、初期定着性は劣っていた（×）。

以上説明した通り、本実施形態では定着フィルム１３の内面１３１に微細な凹凸を設け、且つ、潤滑剤として増稠剤を含まない基油を用いる。微細な凹凸は、展開面積比Ｓｄｒで０．１以上０．５以下（小数第二位までで０．１０以上０．５０以下）となるようにする。これにより、毛細管現象により微細な凹凸の隙間に潤滑剤が保持され、長期に亘って摺動膜が維持されることで、長期に亘って安定した摺動性を得ることができる。また、増稠剤を含まない基油を用いることで、組み立て直後の初期状態でも良好な定着性を得ることができる。

このように、本実施形態によれば、良好な初期定着性と、長期に亘り安定した摺動性と、を実現可能な定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

《第２実施形態》
第２実施形態として、潤滑剤として少量の増稠剤を含有する構成を説明する。以下、実施例１と共通の参照符号を付した要素は、特に説明しない場合は実施例１で説明したものと基本的に同じ構成及び作用を有するものとし、実施例１と異なる部分を主に説明する

潤滑剤に含まれる基油の割合を基油率（油分率）とする。基油率は、潤滑剤の総質量に対する基油の質量の配合割合である。基油率の単位（％）は質量パーセントであるものとする。

適切な基油率を検討するため、展開面積比Ｓｄｒが互いに異なる実施例２－１～２－３及び比較例７において、基油率を７０％、８０％、９０％、１００％の４段階に設定してそれぞれ耐久性及び初期定着性を評価した。実施例２－１の定着フィルム１３は実施例１－１と同じであり、実施例２－２の定着フィルム１３は実施例１－２と同じであり、実施例２－３の定着フィルム１３は実施例１－４と同じである。各潤滑剤は、ヒータ１１の表面にスプレー塗布により７５ｍｇ塗布した。

耐久試験で製品寿命の１．５倍である７５０００枚の通紙に耐えられた場合、耐久性は良好（○）と評価し、７５０００枚の通紙が終わるまでに定着フィルム１３の回転不良等で印刷を続行できなかった場合、耐久性は劣る（×）と評価した。初期定着性については、初期状態の定着装置１を使用し、目標温度は各条件で共通とした。全面黒色画像を印刷させ、画像剥がれ等の定着不良の有無を評価した。結果を表３に示す。定着不良がない場合、初期定着性は良好（○）であり、定着不良があった場合、初期定着性は劣る（×）と評価した。

表３に示すように、耐久性に関しては実施例２－１～２－３はいずれも良好であった。
目標を達成しＯＫとなった。一方で、比較例７において基油率７０％、８０％の条件では耐久性が良好であったものの、基油率９０％、１００％の条件では耐久性が劣っていた。比較例７では定着フィルム１３の内面１３１が平滑であることから、潤滑剤の基油率を高くすると、潤滑剤の粘度が低いことで定着フィルム１３の端部から潤滑剤が外部に漏れ出しやすい。その結果、通紙枚数が多くなるにつれて基油が減少し、摺動膜を維持することができずに定着フィルム１３の回転不良に陥ったものと考えられる。

初期定着性に関しては、実施例２－１～２－３において基油率７０％の条件では定着不良が見られたものの、基油率８０％以上（増稠剤の配合割合が２０％以下）の条件では定着不良は見られなかった。一方、比較例７では、基油率７０％、８０％の条件で定着不良が見られ、基油率９０％、１００％の条件では定着不良は見られなかった。

いずれの例でも、基油率が高い方が初期状態での定着不良が生じにくいことが確認できた。これは、増稠剤が熱の伝達を阻害することから、増稠剤の量が増えるほど初期状態での定着不良が生じやすいことを示している。

また、実施例２－１～２－３の方が比較例７に比べて定着不良が生じにくかった。これは、比較例７では定着フィルム１３の内面１３１が平滑なため、粘性を有する潤滑剤が内面１３１に広がりにくく、潤滑剤の偏りが生じやすいためだと考えられる。一方、実施例２－１～２－３では定着フィルム１３の内面１３１が微細な凹凸を有するために、増稠剤を含む潤滑剤が内面１３１の全体に分散し、潤滑剤のムラが生じにくいため、初期状態での定着不良が低減されたと考えられる。

以上の結果から、増稠剤を含有する潤滑剤を用いる場合でも、基油率が８０％以上であれば、良好な初期定着性が得られることが分かった。

以上説明した通り、本実施形態では定着フィルム１３の内面１３１に微細な凹凸を設け、且つ、少量の増稠剤を含む潤滑剤を用いる。微細な凹凸は、展開面積比Ｓｄｒで０．１以上０．５以下（小数第二位までで０．１０以上０．５０以下）となるようにする。また、潤滑剤の基油率は８０％以上とする。これにより、良好な初期定着性と、長期に亘り安定した摺動性と、を実現可能な定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

また、本実施例では、増稠剤を配合することで潤滑剤の稠度や耐水性等の性質を調整することができる。このため、良好な初期定着性及び安定した摺動性を得ながら、定着装置１の具体的構成に応じて潤滑剤の性能を調整することができる。

《その他の実施形態》
上述した各実施例では、定着フィルム１３の内面と接触し定着フィルム１３を加熱する加熱体の例として、それ自体が発熱するヒータ１１について説明した。加熱体が他の熱源から受け取った熱を定着フィルム１３に熱を伝える場合、熱源は、加熱体と接触して配置され熱伝導により加熱体に熱を伝えるものであってもよいし、加熱体と非接触で配置され熱放射により加熱体に熱を伝えるものであってもよい。例えば、加熱体は、ヒータ１１と定着フィルム１３との間に介在するシート状部材であってもよい。シート状部材は、高熱伝導性と定着フィルム１３に対する高い摺動性とを有するものであればよく、例えば金属薄板や樹脂シートである。また、加熱体は、熱源としてのハロゲンランプからの放射熱で加熱される板状部材であってもよい。

《本開示のまとめ》
本開示には、少なくとも以下の内容が含まれる。
（構成１）
回転可能な筒状の回転体と、
前記回転体の内面と摺接する接触面を有し、前記回転体の内部空間に配置され、前記回転体を加熱する加熱体と、
前記回転体の外面と当接し、前記加熱体と共に前記回転体を挟むように配置された加圧部材と、
を有し、前記回転体と前記加圧部材との間のニップ部で記録材を挟持して搬送しながら前記記録材上の画像を加熱し画像を記録材に定着する定着装置であって、
前記回転体の内面と前記加熱体の前記接触面との間に、潤滑剤が介在しており、
前記潤滑剤は、前記潤滑剤の総質量に対して８０％以上の割合の基油を含有し、
前記回転体の前記内面の展開面積比Ｓｄｒは、０．１０以上０．５０以下である、
ことを特徴とする定着装置。
（構成２）
前記潤滑剤は、増稠剤を含有しない、
ことを特徴とする構成１に記載の定着装置。
（構成３）
前記潤滑剤は、前記潤滑剤の総質量に対して２０％以下の割合で配合された増稠剤を含有する、
ことを特徴とする構成１に記載の定着装置。
（構成４）
前記展開面積比Ｓｄｒは、０．２６以上０．４２以下である、
ことを特徴とする構成１から３のいずれか１つに記載の定着装置。
（構成５）
前記回転体は、前記内面を形成する内層を有し、
前記内層は、樹脂材料中にフィラーが分散された樹脂フィルムである、
ことを特徴とする構成１から４のいずれか１つに記載の定着装置。
（構成６）
前記フィラーは、針状である、
ことを特徴とする構成５に記載の定着装置。
（構成７）
前記フィラーは、カーボンナノチューブ、針状酸化チタン、又はカーボンナノチューブ及び針状酸化チタンの混合物である、
ことを特徴とする構成６に記載の定着装置。
（構成８）
前記樹脂フィルムは、ポリイミド樹脂中に前記フィラーが分散されたポリイミド樹脂組成物である、
ことを特徴とする構成５から７のいずれか１つに記載の定着装置。
（構成９）
前記フィラーは、前記ポリイミド樹脂組成物の全体積に対して２０容量％以上４５容量％以下の割合で添加されている、
ことを特徴とする構成８に記載の定着装置。
（構成１０）
前記加熱体は、基板と、前記基板上に形成され、通電されることで発熱する発熱抵抗体と、を有する、
ことを特徴とする構成１から９のいずれか１つに記載の定着装置。
（構成１１）
前記加熱体を保持する保持部材と、
前記保持部材を支持するステーと、
前記回転体を挟んで前記加熱体と前記加圧部材とが圧接するように前記ステーを付勢する付勢部材と、
を更に有し、
前記回転体は、可撓性を有するフィルム材で形成されており、駆動力を受けて回転する前記加圧部材から前記ニップ部で摩擦力を受けることで回転する、
ことを特徴とする構成１０に記載の定着装置。
（構成１２）
記録材に画像を形成する画像形成部と、
構成１から１１のいずれか１つに記載の定着装置と、
を備え、
前記定着装置は、前記画像形成部により形成された画像を前記記録材に定着させる、
ことを特徴とする画像形成装置。

１１…加熱体（ヒータ）／１３…回転体（定着フィルム）／２０…加圧部材（加圧ローラ）／１１１…接触面／１３１…内面

Claims (10)

1. 回転可能な筒状の回転体と、
   前記回転体の内面と摺接する接触面を有し、前記回転体の内部空間に配置され、前記回転体を加熱する加熱体と、
   前記回転体の外面と当接し、前記加熱体と共に前記回転体を挟むように配置された加圧部材と、
   を有し、前記回転体と前記加圧部材との間のニップ部で記録材を挟持して搬送しながら前記記録材上の画像を加熱し画像を記録材に定着する定着装置であって、
   前記回転体は、前記内面を形成する内層を有し、
   前記内層は、樹脂材料中に針状フィラーが分散した樹脂組成物で形成された樹脂フィルムであり、
   前記回転体の前記内面と前記加熱体の前記接触面との間に、潤滑剤が介在しており、
   前記潤滑剤は、前記潤滑剤の総質量に対して８０％以上の割合の基油を含有し、
   前記回転体の前記内面の展開面積比Ｓｄｒは、０．１０以上０．５０以下であり、
   前記針状フィラーは、前記樹脂組成物の全体積に対して２０容量％以上４５容量％以下の割合で添加されている、
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記潤滑剤は、増稠剤を含有しない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記潤滑剤は、前記潤滑剤の総質量に対して２０％以下の割合で配合された増稠剤を含有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記展開面積比Ｓｄｒは、０．２６以上０．４２以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 前記針状フィラーは、カーボンナノチューブ、針状酸化チタン、又はカーボンナノチューブ及び針状酸化チタンの混合物である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
6. 前記樹脂材料は、ポリイミド樹脂である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
7. 前記針状フィラーは、前記樹脂組成物の全体積に対して３０容量％以上４０容量％以下の割合で添加されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
8. 前記加熱体は、基板と、前記基板上に形成され、通電されることで発熱する発熱抵抗体と、を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
9. 前記加熱体を保持する保持部材と、
   前記保持部材を支持するステーと、
   前記回転体を挟んで前記加熱体と前記加圧部材とが圧接するように前記ステーを付勢する付勢部材と、
   を更に有し、
   前記回転体は、可撓性を有するフィルム材で形成されており、駆動力を受けて回転する前記加圧部材から前記ニップ部で摩擦力を受けることで回転する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
10. 記録材に画像を形成する画像形成部と、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の定着装置と、
    を備え、
    前記定着装置は、前記画像形成部により形成された画像を前記記録材に定着させる、
    ことを特徴とする画像形成装置。