(57)【要約】【課題】長期にわたって摺動抵抗の上昇を抑制することができ、かつ、加熱補助部材として定着ベルトへの熱供給性能を低下させることがない画像定着装置を提供する。【解決手段】画像定着装置２０は、周方向に回転する定着ベルト２１と、定着ベルトを加熱する磁界発生装置２３と、定着ベルト２１の内周面に接触して、定着ベルト２１を加熱する発熱体２５とを備える画像定着装置であって、発熱体２５は、定着ベルト２１の内周面に接触する面に、金属基材上に形成された摺動層を有し、摺動層は、表面にフッ素樹脂を含むフッ素樹脂層を有し、フッ素樹脂層は、少なくとも表面近傍が架橋された架橋フッ素樹脂層であり、最表面から５μｍの深さまでの平均架橋率が９〜２５％である。【選択図】図２
2020052222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に回転する定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱手段と、前記定着ベルトの内周面に接触して、前記定着ベルトを加熱する加熱補助部材とを備える画像定着装置であって、
前記加熱補助部材は、前記定着ベルトの内周面に接触する面に、金属基材上に形成された摺動層を有し、
前記摺動層は、表面にフッ素樹脂を含むフッ素樹脂層を有し、
前記フッ素樹脂層は、少なくとも表面近傍が架橋された架橋フッ素樹脂層であり、最表面から５μｍの深さまでの平均架橋率が９〜２５％であることを特徴とする画像定着装置。
【請求項２】
前記摺動層は、前記金属基材の表面に形成される耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂を含む下地層と、この下地層表面に形成される第二のフッ素樹脂を含む第二のフッ素樹脂層とからなり、
前記耐熱性樹脂は、炭素原子と共に、酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも１つの原子を高分子構造の少なくとも主鎖に含む樹脂であり、
前記第二のフッ素樹脂層が前記架橋フッ素樹脂層であることを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
【請求項３】
上記架橋フッ素樹脂層に含まれるフッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン樹脂、またはポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像定着装置。
【請求項４】
前記定着ベルトは、金属層を有し、
前記加熱手段は、前記定着ベルトの外周面から離間して配置され、磁界を発生させて前記金属層を発熱させることで、定着ベルトを加熱し、
前記加熱補助部材は、前記加熱手段と対向する位置に配置され、前記加熱手段の発生する磁界によって自身が発熱することで、前記定着ベルトを加熱する請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の画像定着装置。
【請求項５】
像保持体と、前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像保持体の表面に形成された前記潜像を現像剤によって現像する現像手段と、前記像保持体の表面に前記現像剤によって現像されたトナー画像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体上に転写された前記トナー画像を該記録媒体に定着させる定着手段とを備えてなる画像形成装置であって、
前記定着手段が、請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の画像定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁誘導を利用した加熱方式による画像定着装置が知られている。この画像定着装置は、誘導コイルによって発生させた磁界を、導電層を有する回転体（定着ベルト）に作用させ、導電層に渦電流を発生させて定着ベルトを直接発熱させるというものである。
【０００３】
例えば、特許文献１には、導電層を有する定着ベルトの内周面に接触して、定着ベルトの位置を規制するガイド部材を備えた画像定着装置が提案されている。当該ガイド部材によって、定着ベルトの温度上昇のばらつきが軽減される。また、このガイド部材の定着ベルトとの接触面には、表皮深さ以下の厚みの金属層が設けられており、磁界の作用により当該金属層が発熱することで、定着ベルトを内側から加熱する。この場合、当該ガイド部材は、定着ベルトの加熱を補助する加熱補助部材として機能する。
【０００４】
ところで、上記ガイド部材は、定着ベルトと摺動接触するため、摺動抵抗が生じて定着ベルトの回転の妨げになるという問題点がある。これの対処として、例えば、特許文献２には、加熱補助部材の定着ベルトとの接触面を、多孔質の金属で構成した画像定着装置が提案されている。この場合、接触面を多孔質の金属とすることで、該接触面に介在する潤滑剤の保持性を高くして、摺動抵抗の抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０４７９８８号公報
【特許文献２】特開２０１１−８１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の画像定着装置では、加熱補助部材との接触面積が低減することで定着ベルトへの加熱補助部材としての性能低下や、長期にわたって使用されることで、定着ベルトと加熱補助部材との接触面に介在する潤滑剤の保持が不安定となり、これらの間で摺動抵抗が上昇するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、定着ベルトの内周面に接触して設けられる加熱補助部材の接触面が、多孔質の金属や非多孔質の金属から構成される画像定着装置に比べて、長期にわたって摺動抵抗の上昇を抑制することができ、かつ、加熱補助部材として定着ベルトへの熱供給性能を低下させることがない画像定着装置を提供することを目的とする。また、この画像定着装置を備えることにより、長期にわたって安定して画像形成が可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の画像定着装置は、周方向に回転する定着ベルトと、上記定着ベルトを加熱する加熱手段と、上記定着ベルトの内周面に接触して、上記定着ベルトを加熱する加熱補助部材とを備える画像定着装置であって、上記加熱補助部材は、上記定着ベルトの内周面に接触する面に、金属基材上に形成された摺動層を有し、上記摺動層は、表面にフッ素樹脂を含むフッ素樹脂層を有し、上記フッ素樹脂層は、少なくとも表面近傍が架橋された架橋フッ素樹脂層であり、最表面から５μｍの深さまでの平均架橋率が９〜２５％であることを特徴とする。
【０００９】
上記摺動層は、上記金属基材の表面に形成される耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂を含む下地層と、この下地層表面に形成される第二のフッ素樹脂を含む第二のフッ素樹脂層とからなり、上記耐熱性樹脂は、炭素原子と共に、酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも１つの原子を高分子構造の少なくとも主鎖に含む樹脂であり、上記第二のフッ素樹脂層が上記架橋フッ素樹脂層であることを特徴とする。
【００１０】
上記架橋フッ素樹脂層に含まれるフッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、またはポリ四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合（ＰＦＡ）樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
上記定着ベルトは、金属層を有し、上記加熱手段は、上記定着ベルトの外周面から離間して配置され、磁界を発生させて上記金属層を発熱させることで、定着ベルトを加熱し、上記加熱補助部材は、上記加熱手段と対向する位置に配置され、上記加熱手段の発生する磁界によって自身が発熱することで、上記定着ベルトを加熱することを特徴とする。
【００１２】
本発明の画像形成装置は、像保持体と、上記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、上記像保持体の表面に形成された上記潜像を現像剤によって現像する現像手段と、上記像保持体の表面に上記現像剤によって現像されたトナー画像を記録媒体に転写する転写手段と、上記記録媒体上に転写された上記トナー画像を該記録媒体に定着させる定着手段とを備え、上記定着手段が本発明の画像定着装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の画像定着装置は、加熱手段によって定着ベルトが加熱されるとともに、加熱補助部材によって定着ベルトが内側から加熱されることで、定着ベルトの温度を速やかに上昇させることができる。さらに、加熱補助部材は、上記定着ベルトの内周面に接触する面に摺動層を有し、該摺動層は、その表面に、少なくとも表面近傍が架橋された架橋フッ素樹脂層を有するので、定着ベルトのスムーズな回転が可能となる。特に、架橋フッ素樹脂層は最表面から５μｍの深さまでの平均架橋率が９〜２５％であるので、過度な架橋による被膜の剥離などを抑制しつつ、架橋による耐摩耗効果を発揮させることができる。これにより、定着ベルトとの接触面が、非多孔質の金属や多孔質の金属に潤滑剤を含浸したものからなっている加熱補助部材に比べ、定着ベルトへの熱供給性能を低下することなく、長期にわたって摺動抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１４】
摺動層は、金属基材の表面に形成される耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂を含む下地層と、この下地層表面に形成される架橋フッ素樹脂層からなるので、摺動層と金属基材との密着性に優れる。さらに、上記下地層が炭素原子と共に、酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも１つの原子を高分子構造の少なくとも主鎖に含む耐熱性樹脂であるため、金属基材との密着性に一層優れる。
【００１５】
上記架橋フッ素樹脂層に含まれるフッ素樹脂がＰＴＦＥ樹脂、またはＰＦＡ樹脂であるので、耐熱性および耐摩耗性に優れる。
【００１６】
加熱手段の発生する磁界によって、定着ベルトの金属層が発熱するとともに、定着ベルトの内周面に接触する加熱補助部材も発熱するので、定着ベルトの温度を速やかに上昇させることができる。
【００１７】
本発明の画像形成装置は、定着手段として、本発明の画像定着装置を備えるため、長期にわたって安定して画像定着を行うことができ、ひいては安定して画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の画像定着装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の画像定着装置の定着ベルトの幅方向の断面図である。
【図４】加熱補助部材の一例を示す概略図である。
【図５】加熱補助部材の断面図である。
【図６】架橋ＰＴＦＥ樹脂などのＮＭＲチャートの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、実施形態に係る画像定着装置を備えた画像形成装置を示す。画像形成装置１００は、一方向（矢印Ａ方向）に回転する円筒状の感光体１１と、感光体１１の表面を帯電させる帯電装置１２と、感光体１１の表面に潜像を形成する露光装置１３と、当該潜像をトナーを含む現像剤によって現像する現像装置１４と、現像剤によって現像されたトナー画像を記録媒体に転写する中間転写体１５と、当該記録媒体上に転写されたトナー画像（未定着画像）を当該記録媒体に定着させる画像定着装置２０を備える。
【００２０】
感光体１１は回転過程において、まず帯電装置１２により表面が帯電され、次いで露光装置１３から像光Ｘが照射される。像光Ｘの照射によって感光体１１の表面に静電電位の差が生じ、潜像が形成される。続いて、潜像に、現像装置１４の１つの現像器１４ａから１色目のトナーが転移され、トナー画像が形成される。このトナー画像は、無端ベルト状の中間転写体１５との対向位置に搬送され、転写装置１６によって中間転写体１５の表面に静電的に一次転写される。一次転写後の感光体１１の表面は、残留するトナーが除去された後、電位的に初期化され、再び帯電装置１２との対向位置に移動する。以後、現像装置１４の３つの現像器１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが順次感光体１１と対向する位置に移動し、同様に２色目、３色目、４色目のトナー画像が順次形成され、中間転写体１５の表面に重ねて転写される。
【００２１】
全４色が積層されると、中間転写体１５が矢印Ｂ方向へ回転し、転写ロール１７，１８に挟まれた二次転写領域に搬送される。二次転写領域には、記録媒体である記録紙Ｐが、矢印Ｃ方向から送り込まれる。そして、転写ロール１７，１８の静電的な作用により、記録紙Ｐ表面に積層されたトナー画像が二次転写される。二次転写された記録紙Ｐは、そのまま矢印Ｃ方向に搬送され、画像定着装置２０へ搬送される。
【００２２】
図２には、実施形態に係る画像定着装置の構成の概略図を示す。また、図３には、定着ベルト２１の幅方向の断面図を示す。例えば、画像定着装置２０は、電磁誘導加熱方式の画像定着装置であり、金属層を有する無端状の定着ベルト２１と、定着ベルト２１と互いの外周面で接するように配置され、定着ベルト２１を押圧する加圧ロール２２と、定着ベルト２１の外周面から離間して配置された磁界発生装置２３（加熱手段）とを備えている。
【００２３】
定着ベルト２１の内周側には、加圧ロール２２に対し定着ベルト２１を押し付けて接触部（ニップ部）を形成する固定部材２４と、定着ベルト２１の内周面側に接触し磁界発生装置２３と対向する位置に配置された発熱体２５（加熱補助部材）と、固定部材２４および発熱体２５を支持する支持部材２６が設けられている。支持部材２６は、発熱体２５を介して定着ベルト２１も支持している。また、定着ベルト２１の両端部には、定着ベルト２１を回転させるための駆動伝達部材２７が設けられている。
【００２４】
以下に、画像定着装置２０の各構成部材について説明する。
【００２５】
＜定着ベルト２１＞
定着ベルト２１は、例えば、直径２０〜５０ｍｍの管状を形成しており、厚みは３０〜１５０μｍである。定着ベルト２１は、例えば、金属層を含む多層構造を有しており、内周側から順に、ベース層、金属層、表面離型層が積層されて構成されている。
【００２６】
この構成において、基材となるベース層には、例えば金属材料や樹脂材料が用いられる。金属材料としては、例えばステンレススチールなどが挙げられ、樹脂材料としては、例えばポリイミド樹脂などが挙げられる。金属層は、電磁誘導によって自己発熱する金属材料で構成されていればよく、例えば、銅やアルミ、銀などの非磁性金属材料から構成される。金属層は、厚さ２〜２０μｍであることが好ましい。表面離型層は、例えば、フッ素樹脂などを用いることができる。
【００２７】
なお、定着ベルト２１の構成は、上記の構成に限定されず適宜変更される。例えば、金属層と表面離型層、または金属層とベース層との間に、シリコーンゴムや、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴムなどからなる弾性層を設けてもよい。また、金属層を２つのベース層で挟んでもよい。その他、各層の厚みを薄くしたり、各層の材料を適宜選択することができる。定着ベルト２１は、熱容量の小さい構成（例えば熱容量３０Ｊ／Ｋ以下）とすることが好ましい。また、定着ベルト２１の内周面は、後述の発熱体２５の摺動層と摺動接触することから、ベース層のポリイミド樹脂やステンレススチールが好ましい。
【００２８】
＜磁界発生装置２３＞
磁界発生装置２３は、定着ベルト２１の外周面に倣った形状に構成され、定着ベルト２１の外周面から例えば１〜３ｍｍ離間して配置される。磁界発生装置２３は、励磁コイル２３ｂと、磁性体部材２３ａと、励磁コイル２３ｂに交流電流を供給する励磁回路（図示省略）とから構成されている。
【００２９】
励磁コイル２３ｂは、定着ベルト２１の回転方向（周方向）に沿って配置されている。励磁コイル２３ｂは、励磁回路から供給される交流電流によって磁束（磁界）を発生させ、これにより、定着ベルト２１の金属層および発熱体２５に渦電流が発生する。そして、この渦電流によって金属層および発熱体２５（金属基材）が発熱することで、定着ベルト２１が加熱される。この場合、発熱量は流れる電流の２乗に比例する。磁界発生装置２３の出力は、例えば、キュリー温度未満で発熱体２５を発熱させる範囲で行われる。発熱体の加熱温度は、具体的には、例えば１９０〜２３０℃の範囲が挙げられる。
【００３０】
＜発熱体２５＞
図２より、発熱体２５は、定着ベルト２１の内周面に倣った形状に構成され、定着ベルト２１の内周面に接触するとともに、磁界発生装置２３に定着ベルト２１を介して対向して配置されている。本実施形態における発熱体２５は、図４に示すように、２層構造をしており、定着ベルト２１と接触する面を含む上層が摺動層２９であり、下層が金属基材２８で構成されている。つまり、金属基材２８の外周面に摺動層２９としての樹脂被膜が施されている。
【００３１】
金属基材２８としては、例えばキュリー温度以上になると誘導電流が流れなくなる感温磁性金属が用いられる。この感温磁性金属は、１ｋＨｚにおける比透磁率μｓが１００以上、より好ましくは５００以上の強磁性体であるとよく、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉが挙げられる。金属基材２８は、磁界発生装置２３から発生する磁界の作用によって電磁誘導されて発熱し、その熱は、摺動層２９を介して定着ベルト２１に伝達される。
【００３２】
このように、発熱体２５は、定着ベルト２１を内周面側から支持するとともに、定着ベルト２１の内側から補助的に加熱する加熱補助部材として機能する。また、定着ベルト２１と発熱体２５の接触面には潤滑剤として潤滑油やグリースが塗布・供給され、これらの間を潤滑している。潤滑剤としては、耐熱性があることが好ましく、例えばシリコーンオイルなどが用いられる。
【００３３】
ところで、発熱体２５は、定着ベルト２１と摺動接触するため、定着ベルト２１の回転により潤滑膜が切れることで摺動抵抗が生じ回転の妨げになるといった懸念がある。この点、本実施形態における発熱体２５は、定着ベルト２１との接触面に架橋フッ素樹脂層を有しているため、発熱体２５と定着ベルト２１との間の摺動抵抗を長期にわたって抑制することができる。
【００３４】
図５には、発熱体の断面図を示す。図５において、摺動層２９は、金属基材２８の表面に形成された下地層３０と、この下地層３０の表面に形成された架橋フッ素樹脂層３１とで構成される。架橋フッ素樹脂層３１に含まれるフッ素樹脂は、少なくとも表面近傍が架橋されており、最表面から５μｍの深さまでの平均架橋率が９〜２５％である。この場合、架橋フッ素樹脂層３１は、表面より下地層３０との境界面に向かってフッ素樹脂の架橋率が低くなる傾斜層とすることができる。
【００３５】
摺動層２９の層厚さは、５μｍ以上４０μｍ未満である。層厚さが５μｍ未満であると、被膜の密着不良による剥離や初期摩耗により、金属基材が露出するおそれがある。４０μｍ以上であると、被膜形成時のクラック発生や運転中に剥離して潤滑状態が悪化するおそれがある。また、金属基材による発熱を定着ベルトに伝える妨げとなるおそれがある。上記初期摩耗や、被膜の剥離、熱を定着ベルトに伝達する熱供給性能の観点から、摺動層の層厚さは１５〜３５μｍがより好ましい。
【００３６】
図５に示す金属基材２８は、下地層３０側の表面が粗面化処理により粗くなっている。粗面化処理としては、ショットブラスト法などの機械的粗面化法、グロー放電やブラズマ放電処理などの電気的粗面化法、アルカリ処理などの化学的粗面化法などが採用できる。金属基材の表面を粗面化することで、アンカー効果により摺動層を金属基材に強固に密着させることができる。
【００３７】
下地層３０は、耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂を含む混合物層であり、金属基材２８と架橋フッ素樹脂層３１との密着性を向上させる。耐熱性樹脂とともに、第一のフッ素樹脂を配合することで最表面層のフッ素樹脂との密着性が向上する。なお、下地層３０に含まれる第一のフッ素樹脂の架橋については特に限定されない。例えば、境界面の近傍に存在する第一のフッ素樹脂のみが架橋された構造でもよい。
【００３８】
耐熱性樹脂は、炭素原子と共に、酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも１つの原子を高分子構造の少なくとも主鎖に含む樹脂である。耐熱性樹脂としては、密着性に優れるとともに、発熱体２５の発熱時に熱劣化することのない耐熱性を有する耐熱性樹脂であれば使用できる。耐熱性樹脂として具体的には、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、耐摩耗性、および、金属基材との密着性に優れることから、ＰＡＩ樹脂、ＰＥＳ樹脂を用いることが好ましい。
【００３９】
第一のフッ素樹脂は、下地層を形成する水系塗布液に粒子状に分散できる樹脂であれば使用できる。第一のフッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂、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（以下、ＦＥＰという）樹脂、またはこれらの２種以上が好ましく使用できる。より好ましくは、ＰＴＦＥ樹脂、またはＰＦＡ樹脂である。
【００４０】
下地層を形成する水系塗布液には、耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂以外に、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどの非イオン界面活性剤、カーボンブラックなどの無機顔料、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの水に任意に混合する非プロトン系極性溶剤、主溶剤としての水が配合される。また、消泡剤、乾燥剤、増粘剤、レベリング剤、ハジキ防止剤などを配合できる。下地層を形成する水系塗布液としては、例えば、ダイキン工業株式会社製プライマー塗料ＥＫシリーズ、ＥＤシリーズが挙げられる。
【００４１】
架橋フッ素樹脂層は、下地層の表面に形成され、放射線によりフッ素樹脂の分子鎖同士が架橋反応を起こし、架橋されたフッ素樹脂の層である。第一のフッ素樹脂と第二のフッ素樹脂とは同一であっても異なっていてもよいが、同一のフッ素樹脂を使用することが好ましい。第二のフッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は単独でも混合物としても使用できる。また、これらの上記フッ素樹脂の中でも、耐熱性および摺動性に優れるＰＴＦＥ樹脂、またはＰＦＡ樹脂が好ましい。
【００４２】
架橋フッ素樹脂層は、ＰＴＦＥ樹脂粒子を分散させた水分散液を塗布乾燥することにより得られる。ＰＴＦＥ樹脂粒子を分散させた水分散液としては、例えば、ダイキン工業株式会社製ポリフロン＝ＰＴＦＥエナメルが挙げられる。
【００４３】
例えば、摺動層２９は、耐熱性樹脂とＰＴＦＥ樹脂またはＰＦＡ樹脂とを含む塗料を金属基材２８の外周面に塗布した後に乾燥し、さらにＰＴＦＥ樹脂またはＰＦＡ樹脂を含む塗料を塗布した後に乾燥して、その後、焼成することで形成される。その後、所定の適切な条件で焼成後の被膜に電子線を照射することにより、摺動層表面に、架橋ＰＴＦＥ樹脂層または架橋ＰＦＡ樹脂層が得られる。
【００４４】
金属基材表面への摺動層の形成方法について、より詳細に説明する。
（１）金属基材の表面処理
金属基材は、摺動層形成前にショットブラスト等を用いて、予め金属基材表面の粗さ（Ｒａ）を１．０〜２．０μｍに調整し、その後、石油ベンジン等の有機溶剤内に浸漬させ、５分〜１時間程度超音波脱脂を行なうことが好ましい。
（２）下地層を形成する水系塗布液の塗装
下地層を形成する水系塗布液を塗布前に、水分散液の分散性を向上させるために、ボールミル架台を用いて、例えば４０ｒｐｍで１時間回転させ再分散する。この再分散した水系塗布液を１００メッシュの金網を用いて濾過し、スプレー法（霧化塗装法）を用いて塗布する。
（３）下地層を形成する水系塗布液の乾燥
水系塗布液を塗布後乾燥する。乾燥条件としては、例えば９０℃の恒温槽内で３０分程度の乾燥が好ましい。乾燥後の下地層の層厚さは２．５〜２０μｍ、好ましくは５〜２０μｍ、より好ましくは５〜１５μｍの範囲内である。２．５μｍ未満であると、被膜の密着不良による剥離や初期摩耗により、金属基材が露出するおそれがある。２０μｍをこえると、被膜形成時のクラック発生や運転中に剥離して潤滑状態が悪化するおそれがある。層厚さを２．５〜２０μｍの範囲とすることで、初期摩耗による金属基材の露出を防止でき、運転中における剥離を長期間にわたって防止できる。
【００４５】
（４）第二のフッ素樹脂層を形成する水系塗布液の塗装
第二のフッ素樹脂層を形成する水系塗布液を塗布する前に、水分散液の分散性を向上させるために、ボールミル架台を用いて、例えば４０ｒｐｍで１時間回転させ再分散する。この再分散した水系塗布液を１００メッシュの金網を用いて濾過し、スプレー法を用いて塗装する。
（５）第二のフッ素樹脂層を形成する水系塗布液の乾燥
水系塗布液を塗布後乾燥する。乾燥条件としては、例えば９０℃の恒温槽内で３０分程度の乾燥が好ましい。乾燥後の第二のフッ素樹脂層の層厚さは２．５〜２０μｍ、好ましくは５〜２０μｍ、より好ましくは５〜１５μｍの範囲内である。２．５μｍ未満であると、被膜の密着不良による剥離や初期摩耗により、下地層が露出するおそれがある。特に、層厚さを５〜２０μｍの範囲とすることで、長期間にわたって摺動抵抗の上昇を抑制できる。
【００４６】
なお、下地層および第二のフッ素樹脂層の塗装方法としては、特に限定されないが、スプレー法以外にディッピング法（浸漬塗装法）、ディスペンサーコーティング法、ロール法、刷毛塗り法など被膜を形成できるものであれば使用できる。被膜の表面粗さ、塗布形状をできるだけ小さくし、層厚さの均一性や精度を考慮するとスプレー法が好ましい。なお、上記水系塗布液は、金属基材の少なくとも定着ベルトと摺動する摺動面に塗布すればよい。
【００４７】
（６）焼成
第二のフッ素樹脂層の乾燥後、加熱炉内、空気中で（融点（Ｔｍ）＋３０℃）〜（融点（Ｔｍ）＋１００℃）、５〜４０分の範囲内で焼成する。第一および第二のフッ素樹脂がＰＴＦＥの場合、好ましくは３８０℃の加熱炉内で３０分間焼成する。
【００４８】
（７）第二のフッ素樹脂層の電子線照射
焼成後の被膜に、放射線を照射して第二のフッ素樹脂層を架橋させる。照射条件は、架橋による耐摩耗効果が発揮でき、かつ、被膜の剥離が生じない架橋条件（照射温度、照射線量、加速電圧など）であればよい。照射温度は、第二のフッ素樹脂の融点より３０℃低い温度から該融点の２０℃高い温度以下である。放射線としては、α線（α崩壊を行なう放射性核種から放出されるヘリウム−４の原子核の粒子線）、β線（原子核から放出される陰電子および陽電子）、電子線（ほぼ一定の運動エネルギーを持つ電子ビーム；一般に、熱電子を真空中で加速してつくる）などの粒子線；γ線（原子核、素粒子のエネルギー準位間の遷移や素粒子の対消滅、対生成などによって放出・吸収される波長の短い電磁波）などの電離放射線を用いることができる。これらの放射線の中でも、架橋効率や操作性の観点から、電子線およびγ線が好ましく、電子線がより好ましい。特に電子線は、電子線照射装置が入手しやすいこと、照射操作が簡単であること、連続的な照射工程を採用することができることなどの利点を有している。
【００４９】
架橋フッ素樹脂層は、少なくとも表面近傍が架橋されていればよい。好ましくは、架橋フッ素樹脂層の最表面から５μｍの深さまでの平均架橋率が９〜２５％である。平均架橋率を９％以上とすることで、架橋による耐摩耗効果が得られやすく、下地層の露出をより防ぐことができる。また、平均架橋率を２５％以下とすることで、過度な架橋による被膜の剥離などの損傷が起こりにくくできる。また、電子線照射に要する時間も長くなりすぎず、量産性を保つことができる。架橋条件は、平均架橋率が９〜２５％の範囲内となるような照射温度、照射線量、および加速電圧で放射線を照射することが好ましい。
【００５０】
照射温度が第二のフッ素樹脂層の融点より３０℃低い温度から該融点の２０℃高い温度以下の温度範囲以外ではフッ素樹脂層の架橋が十分に進まない。また、照射雰囲気は架橋を効率的に行なうため、真空引きや不活性ガス注入により照射領域の酸素濃度を低くする必要がある。酸素濃度の範囲は０〜３００ｐｐｍが好ましい。酸素濃度を以上のような濃度範囲に維持するには操作性やコスト面の観点から窒素ガス注入による不活性雰囲気が好ましい。
【００５１】
照射するときの加速電圧は４０ｋＶ以上５００ｋＶ未満、好ましくは４０ｋＶ以上３００ｋＶ以下、より好ましくは５０ｋＶ以上１００ｋＶ未満である。４０ｋＶ未満であると第二のフッ素樹脂層の表面層近傍への電子線の侵入が浅くなり、５００ｋＶ以上であると第一および第二のフッ素樹脂層全体に架橋が進む。放射線をフッ素樹脂層に照射すると、フッ素樹脂内部で放射線の強度が減衰するため、放射線を照射した表面近傍には放射線が充分届くが、他の面には放射線が届かないことを利用して第二のフッ素樹脂層の表面近傍を架橋できる。
【００５２】
以上、図５には摺動層が下地層と架橋フッ素樹脂層とからなる二層構造を例示したが、これに限定されず、例えば摺動層が架橋フッ素樹脂層のみからなる単層構造であってもよい。この場合でも、架橋フッ素樹脂層の最表面から５μｍの深さまでの平均架橋率が９〜２５％であることが好ましい。
【００５３】
＜固定部材２４＞
固定部材２４は、例えば定着ベルト２１の幅方向に伸びた棒状部材であり、加圧ロール２２による押圧力に抵抗するものとなっている。この場合、加圧ロール２２が定着ベルト２１を介して固定部材２４を押圧することで、定着ベルト２１はその内周面側に変形される。固定部材２４の材料としては、例えば、シリコーンゴムの弾性体や、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂などが用いられる。
【００５４】
＜支持部材２６＞
支持部材２６は、例えば、支持部材本体２６ａと、支持部材本体２６ａの長手方向両端に設けられたシャフト２６ｂを有する。支持部材本体２６ａは、例えば、金属材料（例えば、銅、アルミニウム、銀など）や樹脂材料などにより構成される。また、支持部材２６は、定着ベルト２１が偏心して回転し定着ベルト２１が半径方向へ変位しても、その変位に対して追従し、発熱体２５が定着ベルト２１の内周面と接触した状態が維持されるような構成とするとよい。
【００５５】
＜加圧ロール２２＞
加圧ロール２２は、加圧する際には、定着ベルト２１を介して、固定部材２４に対し、例えば総荷重２９４Ｎ（３０ｋｇｆ）で押圧するように配置される。一方、準備加熱（トナー画像を記録媒体に定着させる状態になるまでの加熱）の際には、加圧ロール２２は、定着ベルト２１と離間するように配置される。加圧ロール２２としては、例えば、金属製（例えばステンレス製）の円筒状の芯材２２ａと、該芯材２２ａの外側に設けられた弾性層２２ｂ（例えばシリコーンゴム層や、フッ素ゴム層など）とを有するロールが用いられる。また、加圧ロール２２の外周面に表面離型層（フッ素樹脂層）を設けてもよい。
【００５６】
＜駆動伝達部材２７＞
駆動伝達部材２７は、定着ベルト２１を自己回転させるための駆動動力を伝達するための部材であり、定着ベルト２１の幅方向の両端に設けられている。駆動伝達部材２７は、駆動モータ（図示省略）により回転駆動されるともに、その回転動力を定着ベルト２１に伝達することで定着ベルト２１を自己回転させる。
【００５７】
次に、本実施形態に係る画像定着装置２０の動作について概要を説明する。画像形成装置１００における画像形成動作が開始されると、駆動伝達部材２７が回転駆動することで、定着ベルト２１が矢印Ｄ方向へ回転する。定着ベルト２１が回転すると、励磁コイル２３ｂに交流電流が供給され、磁束（磁界）が発生する。この際、励磁コイル２３ｂ周辺の定着ベルト２１の金属層および発熱体２５の金属基材２８に渦電流が発生し、定着ベルト２１の外周面が定着可能な温度まで加熱される。
【００５８】
発熱体２５は、定着ベルト２１の内周面に擦られながら定着ベルト２１を加熱する。この場合、発熱体２５の外周面に形成された摺動層２９により、定着ベルト２１との摺動による抵抗が軽減されるため、定着ベルト２１のスムーズな回転が維持される。そして、定着ベルト２１は、例えば１０秒程度で設定温度（例えば１５０℃）まで加熱される。
【００５９】
続いて、加熱された定着ベルト２１は、加圧ロール２２とのニップ部まで移動する。一方、画像定着装置２０に搬送された記録紙Ｐは、ニップ部に送り込まれる。その後、ニップ部において、記録紙Ｐ上の未定着画像は、定着ベルト２１により加熱され、記録紙Ｐ表面に定着される。定着の際には、記録紙Ｐによって定着ベルト２１の熱が消費されることになるが、発熱体２５が十分に発熱して蓄熱部材として機能するため、発熱体２５から定着ベルト２１への熱の移動が発生する。
【００６０】
ここで、例えば連続して画像定着を行う際には、定着ベルト２１の記録紙Ｐが通らない領域（非通紙部）において温度が上昇することになる。この点、発熱体２５の金属基材２８を感温磁性金属とすることで、例えば、定着ベルト２１の非通紙部の温度がキュリー点以上になった場合には、金属基材２８が非磁性化されることにより渦電流の発生が抑制され、発熱体２５の発熱量が低下する。さらに、支持部材本体２６ａを非磁性金属材料とすることで支持部材本体２６ａにも渦電流が発生し、定着ベルト２１における渦電流を抑制することができる。これにより、定着ベルト２１の過度の昇温を防ぐことができる。
【００６１】
そして、定着された記録紙Ｐは、定着ベルト２１と加圧ロール２２とのニップ部から送り出され、剥離部材（図示省略）によって定着ベルト２１の表面から剥離される。
【００６２】
なお、本発明の画像形成装置および画像定着装置の構成は、図で示した構成に限定されず、適宜変更を加えてもよい。上記画像定着装置２０として、電磁誘導加熱方式の画像定着装置を用いたが、この加熱方式に限定されない。例えば、加熱手段として、磁界発生装置２３の代わりにハロゲンランプなどを用いてもよく、この場合定着ベルト２１は金属層を有していなくてもよい。
【００６３】
その他、例えば発熱体２５の位置は、定着ベルト２１に対して熱伝導が可能な構成であれば、これに限定されない。また、加圧ロール２２を回転させて、加圧ロール２２の回転に伴って定着ベルト２１を回転させる構成としてもよい。また、加圧ロール２２を無端ベルト状の構成としてもよい。画像形成装置において、感光体１１や現像器１４の配置や数などは限定されず、例えば、感光体１１と現像器１４をそれぞれ１つ備えた構成としてもよい。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６５】
（１）画像定着装置
まず、図２および図３に示した概略構成を有する画像定着装置を用意し、以下の評価を行った。各部材は以下のものを用いた。
【００６６】
・定着ベルト：直径３０ｍｍ、幅３６０ｍｍ。厚さ７５μｍのポリイミド基材、発熱層としての厚さ１０μｍの銅層（金属層）、および、最外周面の厚さ３０μｍのＰＦＡ層（表面離型層）で構成したベルト（耐熱温度２５０℃程度）。
【００６７】
・加圧ロール：直径約３０ｍｍ、幅３５０ｍｍであり、直径２０ｍｍのステンレス製シャフトに弾性層として肉厚５ｍｍのシリコーンゴム（ゴム硬度３０°：ＪＩＳ−Ａ）を被覆し、更にその上に肉厚３０μｍのＰＦＡチューブを被覆した弾性体ロール。
【００６８】
・発熱体：Ｆｅ−Ｎｉ合金からなるバルク金属の厚さ０．３５ｍｍ、長さ３１０ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒の中心角１２５°に相当する部分を切り出して得られる湾曲板形状の比透磁率が５００の炭素鋼の強磁性体で構成した金属基材に摺動層３０μｍが形成されたものである。
上記湾曲板状の金属基材の外周面に摺動層を形成した。該金属基材を脱脂した後、ショットブラストを用いて１．５μｍＲａに調整し、その後、石油ベンジンに浸漬し、５分程度超音波脱脂を行った。下地層はダイキン社製プライマー塗料（型番：ＥＫ−１９０９Ｓ２１Ｒ）、第二のフッ素樹脂層にはダイキン社製トップ塗料（型番：ＥＫ−３７００Ｃ２１Ｒ）を用いて、下地層および第二のフッ素樹脂層の層厚さがそれぞれ１５μｍとなるよう成膜した。各塗料は、上述した、再分散した水系塗布液を濾過して行うスプレー法により塗布した。乾燥時間はそれぞれ９０℃の恒温槽内で３０分間乾燥し、３８０℃の加熱炉内で３０分間焼成した。
摺動層を形成した試験片を電子線照射装置の加熱プレートに置き、以下の条件で摺動層側から電子線照射を行なった。照射条件の照射線量を変更して複数の試験片を得た。
使用装置：浜松ホトニクス株式会社製  ＥＢエンジン
照射条件：加速電圧  ７０ｋＶ
温度      ３４０℃
照射時のチャンバー内雰囲気  加熱窒素（酸素濃度１０００ｐｐｍ以下）
【００６９】
・潤滑剤：シリコーン系オイル（信越シリコン社製、メチルフェニルシリコーンオイル  ＫＦ−５４）
・支持部材本体：アルミニウム製
【００７０】
（２）架橋率の算出
各試験片の第二のフッ素樹脂層を、最表面から５μｍの深さまで削り取り、削り取った試料を測定試料とした。各測定試料のＮＭＲ測定の結果から、架橋率として、最表面（深さ０μｍ）から深さ５μｍまでの平均架橋率を算出した。
架橋率は19Ｆ  Ｍａｇｉｃ  ａｎｇｌｅ  Ｓｐｉｎｎｉｎｇ（ＭＡＳ）核磁気共鳴（ＮＭＲ）法（Ｈｉｇｈ  ｓｐｅｅｄ  ｍａｇｉｃ  ａｎｇｌｅ  ｎｕｃｌｅａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）によって測定および算出した。参考文献（Ｂｅａｔｅ  Ｆｕｃｈｓ  ａｎｄ  Ｕｌｒｉｃｈ  Ｓｃｈｅｌｅｒ．，  Ｂｒａｎｃｈｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｒｏｓｓ−Ｌｉｎｋｉｎｇ  ｉｎ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｐｏｌｙ（ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）：Ａ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  ＮＭＲ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，３３，１２０−１２４．２０００年）によるとＮＭＲ測定の化学シフトから、以下に記す下線部のＦ原子を帰属することができる。
Ａ：−７０ｐｐｍ    ：  ＝ＣＦ−ＣＦ3
Ｂ：−８２ｐｐｍ    ：  −ＣＦ2−ＣＦ3
Ｃ：−１８６ｐｐｍ  ：  ≡ＣＦ
【００７１】
ここで、図６（ａ）に電子線を照射していない未架橋ＰＴＦＥのＮＭＲスペクトルを示し、図６（ｂ）に１０００ｋＧｙ照射した架橋ＰＴＦＥのＮＭＲスペクトルを示す。図６に示すように、電子線を照射することで上記Ｂのシグナルの強度が増加し、上記Ａおよび上記Ｃのシグナルが現れていることが分かる。
上記Ａ〜Ｃの各シグナルの面積比をそれぞれＳA、ＳB、ＳCとすると、架橋率は下記式で算出することができる。
【００７２】
【数１】
2020052222.tif 000003
【００７３】
上記式は、全ての≡ＣＦの構造の炭素原子からそれぞれ伸びる３本の分子鎖のうち、架橋構造になっていない＝ＣＦ−ＣＦ3および＝ＣＦ−（ＣＦ2）ｍ−ＣＦ3の分子鎖を差し引いて、架橋鎖である＝ＣＦ−（ＣＦ2）ｎ−ＣＦ＝の割合を架橋率として算出している。なお、ｍおよびｎは任意の整数である。図６および上記式を照らし合わせると、電子線を照射することで架橋率が増加することがわかる。
【００７４】
実施例１〜３、比較例３〜５
各発熱体の摺動層の第二のフッ素樹脂層において、上記（２）により算出された架橋率が９％の発熱体を実施例１とし、架橋率が１５％の発熱体を実施例２とし、架橋率が２５％の発熱体を実施例３とし、架橋率が５％の発熱体を比較例３とし、架橋率が３０％の発熱体を比較例４とした。また、比較例５として、電子線を照射せずに、未架橋の第二のフッ素樹脂層のままとした発熱体を用いた。
【００７５】
比較例１
発熱体として、外周面に摺動層が形成されていない金属基材（バルク金属）を用いた。
【００７６】
比較例２
外周面に摺動層が形成されていない金属基材（焼結密度２３％のＦｅ−Ｎｉの焼結体）を用い、これに潤滑剤としてシリコーン系オイル（信越シリコン社製、メチルフェニルシリコーンオイル  ＫＦ−５４）を含浸させて発熱体とした。
【００７７】
（３）評価
得られた各発熱体を具備する画像定着装置を用いて、定着試験を実施した。磁界発生装置の出力１０００Ｗ、設定温度１７５℃、プロセススピード３００ｍｍ／ｓの条件で、記録媒体として記録紙を用いて画像の定着を連続５００枚行った。なお、用紙の短手部分を先頭に給紙させ、コピースピードは毎分５０枚で行った。
【００７８】
この場合、初期の状態、および１０万枚コピーした後の状態それぞれにおいて、室温から設定温度までの準備加熱時間および定着ベルトの最大トルク（摺動トルク）を測定した。なお、上記最大トルクは、駆動モータの負荷電流値より求めた。また、初期の状態、および１０万枚コピーした後の状態それぞれにおいて、記録紙の紙しわの発生および画質について目視にて評価を行った。
【００７９】
上記の評価結果を表１に示す。なお、記録紙の紙しわと画質の評価基準は以下の通りである。
【００８０】
＜紙しわの発生＞
Ａ：紙しわ発生なし
Ｂ：わずかに紙しわ発生
Ｃ：紙しわ発生
【００８１】
＜画質＞
Ａ：画質の乱れ発生なし
Ｂ：画質の乱れわずかに発生
Ｃ：画質の乱れ発生
【００８２】
【表１】
2020052222.tif 000004
【００８３】
初期の状態において、実施例１〜３、比較例１〜５で、紙しわ、画質の乱れは発生しなかった。一方、比較例２は、他の実施例や比較例に比べ、準備加熱時間が約１秒遅く、また、最大トルクが大きい結果となった。
【００８４】
１０万枚コピーした後の状態において、実施例１〜３は、最大トルクに変化はなく、紙しわ、画質の乱れも発生しなかった。一方、比較例１は、潤滑剤が発熱体２５と定着ベルト２１との間に安定して介在できず、発熱体２５と定着ベルト２１間で摩擦変動が生じ、最大トルクが大きく上昇し、紙しわ、画質の乱れが発生した。また、比較例２では、焼結体に含浸している潤滑剤は、初期では発熱体２５と定着ベルト２１間に安定して介在するが、時間の経過や温度変化に伴って不安定となり、最大トルクが大きく上昇した。さらに、定着ベルト２１の端部から潤滑剤が漏れだし、加圧ローラ２２に付着して、記録紙が潤滑剤で汚れる不具合が発生した。比較例３、比較例５は発熱体２５の架橋フッ素樹脂層（または未架橋のフッ素樹脂層）が摩耗し、最大トルクが初期の状態から上昇し、紙しわと画質の乱れも発生した。比較例４では発熱体２５の架橋フッ素樹脂層が剥離により脱落し、トルク上昇、紙しわ、画質の乱れが発生した。
【００８５】
このように第二のフッ素樹脂層の最表面から５μｍの深さまでの平均架橋率が９〜２５％の実施例の摺動層は、耐摩耗性と耐剥離性を長期に維持でき、長期にわたって定着ベルトとの摺動抵抗の上昇を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の画像定着装置は、長期にわたって摺動抵抗の上昇を抑制することができるので、種々の画像形成装置における画像定着装置として広く適用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１１  感光体（像保持体）
１２  帯電装置
１３  露光装置（潜像形成手段）
１４  現像装置（現像手段）
１５  中間転写体（転写手段）
１６  転写装置
１７  転写ロール
１８  転写ロール
２０  画像定着装置（定着手段）
２１  定着ベルト
２２  加圧ロール
２３  磁界発生装置（加熱手段）
２４  固定部材
２５  発熱体（加熱補助部材）
２６  支持部材
２７  駆動伝達部材
２８  金属基材
２９  摺動層
３０  下地層
３１  架橋フッ素樹脂層
１００  画像形成装置
Ｘ    像光
Ｐ    記録紙
【図１】
2020052222.tif 000005
【図２】
2020052222.tif 000006
【図３】
2020052222.tif 000007
【図４】
2020052222.tif 000008
【図５】
2020052222.tif 000009
【図６】
2020052222.tif 000010