(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段により加熱される画像加熱用回転体と、前記画像加熱用回転体の外面に圧接してニップ部を形成する固定された加圧部材と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置に使用される前記画像加熱用回転体であって、
外周面にフィラーが分散されたフッ素樹脂成分より成る表層を有しており、前記フィラーの少なくとも一部が前記表層の表面から露出することによってあるいは前記フィラーが隆起することによって前記表層の表面に分布して凸部が形成されており、前記表層の表面の動摩擦係数μに関して、前記表層の表面を画像加熱のための温度に昇温させた時の動摩擦係数μ（ｈｏｔ）が常温時の動摩擦係数μ（ｃｏｌｄ）と比較して、μ（ｈｏｔ）＜１．２×μ（ｃｏｌｄ）の関係にあることを特徴とする画像加熱用回転体。
【請求項２】
前記フィラーの平均粒径は３μｍ以上、前記表層の膜厚に対して２００％以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱用回転体。
【請求項３】
前記フィラーは、複数種のフィラーにより構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像加熱用回転体。
【請求項４】
前記複数種のフィラーのうち、１種類のフィラーの平均粒径は他種類のフィラーの平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の画像加熱用回転体。
【請求項５】
前記フィラーの形状のうち、少なくとも１種類は非球形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の画像加熱用回転体。
【請求項６】
前記フィラーの添加量は、前記表層の全体の固形分を１００重量％とした場合、１０重量％以上６０重量％以下となるように配合され、前記表層の膜厚や前記フィラーの平均粒径に応じて、調整されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の画像加熱用回転体。
【請求項７】
前記フッ素樹脂成分が、フッ素ゴムとフッ素樹脂を含むラテックスであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の画像加熱用回転体。
【請求項８】
前記画像加熱用回転体は芯金を有するローラ体であり、前記芯金と前記表層の間には、少なくとも１層以上の弾性層を形成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像加熱用回転体。
【請求項９】
前記画像加熱用回転体は可撓性を有するエンドレスベルト体であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像加熱用回転体。
【請求項１０】
前記加熱手段は、前記画像加熱用回転体を外側から加熱する外部加熱手段、あるいは内側から加熱する内部加熱手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の画像加熱用回転体。
【請求項１１】
加熱手段により加熱される画像加熱用回転体と、前記画像加熱用回転体の外面に圧接してニップ部を形成する固定された加圧部材と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置であって、
前記画像加熱用回転体は外周面にフィラーが分散されたフッ素樹脂成分より成る表層を有しており、前記フィラーの少なくとも一部が前記表層の表面から露出することによってあるいは前記フィラーが隆起することによって前記表層の表面に分布して凸部が形成されており、前記表層の表面の動摩擦係数μに関して、前記表層の表面を画像加熱のための温度に昇温させた時の動摩擦係数μ（ｈｏｔ）が常温時の動摩擦係数μ（ｃｏｌｄ）と比較して、μ（ｈｏｔ）＜１．２×μ（ｃｏｌｄ）の関係にあることを特徴とする画像加熱装置。
【請求項１２】
前記フィラーの平均粒径は３μｍ以上、前記表層の膜厚に対して２００％以下であることを特徴とする請求項１１に記載の画像加熱装置。
【請求項１３】
前記フィラーは、複数種のフィラーにより構成されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の画像加熱装置。
【請求項１４】
前記複数種のフィラーのうち、１種類のフィラーの平均粒径は他種類のフィラーの平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１３に記載の画像加熱装置。
【請求項１５】
前記フィラーの形状のうち、少なくとも１種類は非球形状であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項１６】
前記フィラーの添加量は、前記表層の全体の固形分を１００重量％とした場合、１０重量％以上６０重量％以下となるように配合され、前記表層の膜厚や前記フィラーの平均粒径に応じて、調整されることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項１７】
前記フッ素樹脂成分が、フッ素ゴムとフッ素樹脂を含むラテックスであることを特徴とする請求項１１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項１８】
前記画像加熱用回転体は芯金を有するローラ体であり、前記芯金と前記表層の間には、少なくとも１層以上の弾性層を形成してあることを特徴とする請求項１１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項１９】
前記画像加熱用回転体は可撓性を有するエンドレスベルト体であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
【請求項２０】
前記加熱手段は、前記画像加熱用回転体を外側から加熱する外部加熱手段、あるいは内側から加熱する内部加熱手段であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１９のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材上の画像を加熱するための画像加熱用回転体および画像加熱装置に関する。
【０００２】
画像加熱装置としては、例えば、記録材上の未定着画像を加熱定着する定着装置や記録材に定着された画像を加熱して画像の光沢を増大させる光沢増大化装置（画像改質装置）などが挙げられる。画像加熱用回転体は加熱手段で外部加熱或いは内部加熱され、記録材の画像形成面に接触して画像を加熱するローラ状やエンドレスベルト状の回転体である。
【背景技術】
【０００３】
例えば、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した、複写機やＬＢＰ等画像形成装置に搭載される画像加熱装置としての加熱定着装置には各種の方式・構成の装置が知られている。
【０００４】
本出願人は、特許文献１において、コストダウンやサイズダウンを目的として簡素化した加熱定着装置構成として、加圧部材固定方式の装置を提案している。この装置は、画像加熱用回転体である定着ローラと圧接して記録材を挟持搬送するための定着ニップ部を形成する加圧部材に加圧パッドや加圧シートのような非回転の固定部材を用いたものである。特許文献２には、定着ローラに板ばね性を有するシート状加圧部材を当接させ、トナー画像が転写された記録紙を定着ローラとシート状加圧部材との間を通過させる際に加熱／加圧することにより記録紙にトナー画像を定着させる定着装置が記載されている。
【０００５】
このような加圧部材固定方式の加熱定着装置においては、非回転の固定部材である加圧部材がニップ部における記録材の搬送抵抗となる。そこで、加圧部材の表面には摩擦係数の小さい材料を選択し、定着ローラの表面には摩擦係数の大きい材料を選択する。これにより、記録材の裏側が加圧部材の表面をすべりながら搬送されるようにしている。具体的な例として、定着ローラの表面にはシリコーンゴムなどのタック性の強い材料を用いたり、あるいはフッ素樹脂中に摩擦力を上げる材料をフィラー（filler：充填剤）として含有させたりすることで、定着ローラ表面の摩擦係数μを高くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２８０２０号公報
【特許文献２】特開２００３−９１１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような従来技術を更に発展させたものである。その主要な目的は、加圧部材固定方式の画像加熱装置の画像加熱用回転体の加圧部材に対する表層の摩擦力を抑制して、回転トルクを抑えながらも、安定して記録材を搬送することが可能な画像加熱用回転体を提供することである。
【０００８】
他の目的は、画像加熱用回転体の加圧部材に対する表層の摩擦力を抑制して回転トルクを抑え出力のより小さい駆動用モータを使用することを可能にする画像加熱用回転体を提供することである。
【０００９】
更に他の目的は、加圧部材に対する表層の摩擦力を抑制して、回転トルクを抑えながらも、安定して記録材を搬送することが可能な画像加熱用回転体を用いた加圧部材固定方式の画像加熱装置を提供することである。
【００１０】
また、他の目的は、画像加熱用回転体の加圧部材に対する表層の摩擦力を抑制することで回転トルクを抑えて出力のより小さい駆動用モータを使用可能にしコストダウンやサイズダウンが可能な加圧部材固定方式の画像加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱用回転体の代表的な構成は、加熱手段により加熱される画像加熱用回転体と、前記画像加熱用回転体の外面に圧接してニップ部を形成する固定された加圧部材と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置に使用される前記画像加熱用回転体であって、外周面にフィラーが分散されたフッ素樹脂成分より成る表層を有しており、前記フィラーの少なくとも一部が前記表層の表面から露出することによってあるいは前記フィラーが隆起することによって前記表層の表面に分布して凸部が形成されており、前記表層の表面の動摩擦係数μに関して、前記表層の表面を画像加熱のための温度に昇温させた時の動摩擦係数μ（ｈｏｔ）が常温時の動摩擦係数μ（ｃｏｌｄ）と比較して、μ（ｈｏｔ）＜１．２×μ（ｃｏｌｄ）の関係にあることを特徴とする。
【００１２】
また、上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、加熱手段により加熱される画像加熱用回転体と、前記画像加熱用回転体の外面に圧接してニップ部を形成する固定された加圧部材と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送して記録材上の画像を加熱する画像加熱装置であって、前記画像加熱用回転体は外周面にフィラーが分散されたフッ素樹脂成分より成る表層を有しており、前記フィラーの少なくとも一部が前記表層の表面から露出することによってあるいは前記フィラーが隆起することによって前記表層の表面に分布して凸部が形成されており、前記表層の表面の動摩擦係数μに関して、前記表層の表面を画像加熱のための温度に昇温させた時の動摩擦係数μ（ｈｏｔ）が常温時の動摩擦係数μ（ｃｏｌｄ）と比較して、μ（ｈｏｔ）＜１．２×μ（ｃｏｌｄ）の関係にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加圧部材固定方式の画像加熱装置の画像加熱用回転体の加圧部材に対する表層の摩擦力を抑制して、回転トルクを抑えながらも、安定して記録材を搬送することが可能な画像加熱用回転体を提供することができる。画像加熱用回転体の加圧部材に対する表層の摩擦力を抑制して回転トルクを抑え出力のより小さい駆動用モータを使用することを可能にする画像加熱用回転体を提供することができる。加圧部材に対する表層の摩擦力を抑制して、回転トルクを抑えながらも、安定して記録材を搬送することが可能な画像加熱用回転体を用いた加圧部材固定方式の画像加熱装置を提供することができる。画像加熱用回転体の加圧部材に対する表層の摩擦力を抑制することで回転トルクを抑えて出力のより小さい駆動用モータを使用可能にしコストダウンやサイズダウンが可能な加圧部材固定方式の画像加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は実施例１における画像形成装置の概略構成図、（ｂ）は定着装置の概略構成図。
【図２】（ａ）は定着ローラ表層を説明する概略図、（ｂ）と（ｃ）はそれぞれ定着ローラ表層の凸部の形態を説明する概略図。
【図３】（ａ）は定着ローラ表面を昇温させた時の動摩擦係数の変化を説明するグラフ、（ｂ）は動摩擦係数の測定方法を説明する概略図。
【図４】実施例の効果を説明する概略図。
【図５】実施例の効果を説明する概略図。
【図６】（ａ）は定着ローラ表面を説明する概略図、（ｂ）は記録材搬送力の測定方法を説明する概略図。
【図７】（ａ）は実施例３の効果を説明する概略図、（ｂ）は実施例４の効果を説明する概略図。
【図８】定着ベルト式の定着装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施例１］
（１）画像形成装置例
図１の（ａ）は本発明に係る画像加熱装置を定着装置（画像加熱定着装置）６として搭載した画像形成装置１００の一例の概略構成図である。この装置１００は転写式電子写真プロセスを利用した、レーザービームプリンタである。即ち、ホストコンピューター・ネットワーク・イメージリーダー等のホスト装置２００から装置１００側の制御部（コントローラ部）１０１に入力する電気的画像信号に基づいてシート状の記録材Ｐに画像形成を行う。制御部１０１はホスト装置２００や装置１００の操作部１０２との間で各種の電気的な情報の授受をする。また、制御部１０１は装置１００の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って統括的に制御する。
【００１６】
装置１００内には、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）が配設されている。ドラム１は、アルミニウムやニッケルなどのドラム状（シリンダ状）の基体の周面に、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料層が形成されている。ドラム１は矢印の時計方向に所定の速度（プロセススピード）で回転駆動され、表面が帯電装置としての帯電ローラ２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。次に、そのドラム１の帯電処理面に対して、画像露光装置としてのレーザースキャナ３より、ホスト装置２００から制御部１０１に入力した画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームＬによる走査露光が施される。これによりドラム１の面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４により現像剤（以下、トナーと記す）にてトナー画像として可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００１７】
ドラム１に形成されたトナー画像はドラム１と転写装置としての転写ローラ５との当接部である転写ニップ部Ｔにおいて記録材Ｐに対して順次に転写される。記録材Ｐは給送カセット１０３に積載して収容されており、所定の制御タイミングで給送ローラ１０４が駆動されて、記録材Ｐが一枚ずつ分離給送され、搬送路１０５を通ってニップ部Ｔに導入される。ここで、ドラム１上のトナー画像の画像形成位置と記録材Ｐの先端の書き出し位置がニップ部Ｔにおいて合致するように搬送路１０５に設けたトップセンサ８にて記録材Ｐの先端を検知し、ドラム１に対する画像の書き出しタイミングを合わせている。ローラ５には、記録材Ｐがニップ部Ｔを挟持搬送される間、転写バイアス電源部（不図示）からトナーの帯電極性とは逆極性で所定電位の転写バイアスが印加される。これにより、ドラム１面のトナー画像が記録材Ｐの面に順次に転写される。
【００１８】
記録材Ｐはニップ部Ｔを通過するとドラム１の面から分離されて搬送路１０６を通って定着装置６に導入され、加熱加圧されて、未定着のトナー画像が固着像として記録材上に定着される。装置６を出た記録材Ｐは搬送路１０７を通って画像形成物として排出トレイ１０８上に排出される。また、ニップ部Ｔにて記録材Ｐが分離された後のドラム表面はクリーニング装置７により転写残りトナー等の付着残留物が除去されて、繰り返して画像形成に供される。９は定着装置６内に設けられた排紙センサであり、記録材Ｐがトップセンサ８と装置６との間で紙詰まりなどを起こした際に、それを検知する為のセンサである。
【００１９】
（２）定着装置６
図１の（ｂ）は本実施例における定着装置６の概略構成図である。この装置６は加圧部材固定方式、外部加熱方式の画像加熱装置である。装置６は、記録材上の画像を加熱するための画像加熱用回転体としての、弾性層を有する定着ローラ１０を有する。また、ローラ１０の外面に接触して加熱ニップ部Ｈを形成してローラ１０を外側から加熱する外部加熱手段としてのとしてのプレート状のヒータ１５を有する。また、ローラ１０の外面に圧接して記録材Ｐを挟持搬送するためのニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成する固定された非回転の加圧部材２０（固定式加圧部材）を有する。本実施例においては、ヒータ１５と加圧部材２０はローラ１０を挟んで上下に１８０°対向位置に配設されている。
【００２０】
１）定着ローラ１０
ローラ１０は芯金１１を有するローラ体であり、外周面にフィラーが分散されたフッ素樹脂成分より成る表層１４を有しており、芯金１１と表層１４の間には、少なくとも１層以上の弾性層１２・１３を形成してある。本実施例のローラ１０は、アルミあるいは鉄製の芯金１１の外側に、低熱伝導性シリコーンゴム（弾性層）で形成された低熱伝導層１２を設けてある。さらにその外側に薄膜の高熱伝導性シリコーンゴム（弾性層）からなる高熱伝導層１３、さらに最外層（表層）に離型性層１４を順次設けた構成から成る。
【００２１】
低熱伝導層１２である低熱伝導性の弾性層は本実施例においてはシリコーンゴム組成物である。より具体的には、熱硬化性オルガノポリシロキサン組成物１００重量部に平均粒子径が５００μｍ以下の中空フィラーを０．１〜２００重量部配合してなるシリコーンゴム組成物を加熱硬化して形成される。ここで、中空フィラーとしては、硬化物内に気体部分を持つことでスポンジゴムのように熱伝導率を低下させるもので、マイクロバルーン材等がある。このような材料としては、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、フェノールバルーン、アクリロニトリルバルーン、塩化ビニリデンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーンなど、いかなるものでもかまわない。低熱伝導層１２は、弾性ローラ全体の熱容量を下げると共に、ローラ１０の外側から接触するヒータ１５からの熱を断熱し、ローラ表面の温度を高く維持する役割を持つ。スタンバイ状態（装置の待機状態）からローラ表面を定着可能な温度まで昇温させるのに、低熱伝導層１２があると昇温速度が早まり、ヒータ１５の立ち上がりまでのウエイト時間を減らすことが可能となる。
【００２２】
高熱伝導層１３はソリッド（発泡されていない中実質の弾性層）のシリコーンゴムからなり、熱伝導率を上げるために金属粉、金属酸化物やセラミック等の高熱伝導性の粒子（アルミナ、窒化アルミ、ＳｉＣ、酸化亜鉛等）が添加されている。本実施例ではアルミナ粒子を用いている。高熱伝導層１３の熱伝導率は高ければ高いほど良い。本実施例で用いている高熱伝導層１３はその熱伝導率が１．５Ｗ／ｍｋのものを使用している。また、高熱伝導層１３の厚みが厚いほど蓄熱効果が得られる。しかし、厚すぎると熱容量が大きくなるためローラ温度が上がらなくなり、返って定着効率を損ねることとなる。また、高熱伝導層１３の厚みは、記録材Ｐの搬送速度によっても変化させることが望ましい。これは記録材Ｐの搬送速度によって、熱のやり取りが行われる層の厚みが異なってくるからである。本発明者らが計算した結果によれば、搬送速度が遅い場合には、高熱伝導層１３の表面からより深い部分までに存在する熱が定着に寄与する。しかし、搬送速度が速くなるに従い高熱伝導層１３の浅い部分に蓄熱された熱のみが定着に寄与するようになることが分かっている。つまり、記録材Ｐの搬送速度が速い場合には高熱伝導層１３の厚みは比較的薄くて良く、必要以上に厚い層を設けた場合は、熱容量が増大により返って定着効率を損ねることになる。本実施例における記録材搬送速度は約１３０ｍｍ／ｓｅｃであり、この速度での最適な厚みは約１５０μｍである。また、ローラ１０の外径はφ１２とした。
【００２３】
ここで、ローラ１０の弾性層は上述のように、必ずしも低熱伝導層と高熱伝導層のような２層を設ける必要は無く、ヒータ１５の立ち上がり時間や、記録材Ｐの加熱効率を問題としない場合はソリッドゴム層単層を設けるような構成であっても良い。また、必要に応じて２層以上の複数層を設けても問題は無い。
【００２４】
表層（離型性層）１４は、フィラーが分散されたフッ素樹脂成分より成る。フィラーの少なくとも一部が表層の表面から露出することによってあるいはフィラーが隆起することによって表層の表面に分布して凸部が形成されている。そして、表層１４の表面の動摩擦係数μに関して、表層１４の表面を画像加熱のための温度に昇温させた時の動摩擦係数μ（ｈｏｔ）が常温時の動摩擦係数μ（ｃｏｌｄ）と比較して、μ（ｈｏｔ）＜１．２×μ（ｃｏｌｄ）の関係にあることを特徴とする。この表層１４については（４）項において詳述する。
【００２５】
２）ヒータ１５
ヒータ１５は、低熱容量のプレート状に形成してある。このヒータ１５は、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性セラミック基板やポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板などから成る細長い基板１５ａを有する。基板１５ａの表面には、長手方向に沿って、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層１５ｂが、厚み約１０μｍ、幅約１〜５ｍｍ程度でスクリーン印刷等により形成されている。また、基板１５ａの表面には、熱効率を損なわない範囲で抵抗層１５ｂを保護する保護層１５ｃを設けてあっても良い。保護層１５ｃの厚みは十分薄く、表面性を良好にする程度が望ましい。保護層１５ｃの材料としては、一般的にはガラスコート等の保護層が考えられるが、その他の材料としてはフッ素樹脂層が考えられる。フッ素樹脂層として、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン樹脂（ＥＴＦＥ）を用いることができる。また、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂（ＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）等を用いることができる。また、ポリイミドあるいはポリアミドイミド等のイミド系樹脂層を単層あるいは混合して被覆するか、グラファイト、ダイアモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデン等から成る乾性皮膜潤滑剤などを用いることも可能である。また、基板１５ａとして熱伝導性の良好な窒化アルミ等を使用する場合には、通電発熱抵抗層１５ｂは基板１５ａに対して定着ローラ１０と反対側に形成してあってもよい。
【００２６】
ヒータ１５を保持する断熱ステイホルダー１６は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成さる。また、ホルダー１６は、熱伝導率が低いほどローラ１０への熱伝導が良くなるので、樹脂層中にガラスバルーンやシリカバルーン等のフィラーを内包してあっても良い。ホルダー１６は長手両端部において加圧バネ等の加圧手段（不図示）によりローラ１０に対して加圧され、ヒータ１５の表面をローラ表面に当接させている。これにより、ヒータ１５とローラ１０表面の間に、ローラ１５を加熱するための所定幅（ローラ１０の回転方向に関して所定幅）の加熱ニップ部Ｈを形成している。また、ヒータ１５とローラ１０との間には、ヒータ表面の保護や汚れ付着を防止するために耐熱性シート等（不図示）が挟まれていてもよい。
【００２７】
３）加圧部材２０
本実施例において加圧部材２０はパッド状部材（加圧パッド）である。パッド２０は、長手方向に細長い基材２１と、その基材２１の表面に形成された摺動層２２と、から形成される。パッド２０は、ローラ１０の径方向においてヒータ１５と対向するように配置される。そして、基材２１の長手両端部が装置フレーム（不図示）に保持されるとともに加圧手段としての加圧バネ２３によってローラ１０側に加圧される。バネ２３の加圧力により基材２１上の摺動層２２がローラ１０の表面と接し、弾性層１２が変形して所定幅（ローラ１０の回転方向において所定幅）のニップ部Ｎが形成される。バネ２３は、コイルバネ形状を有するとともに、パッド２０の長手方向の両端付近と中央付近の計３箇所に配置している。これにより、パッド２０の撓みを抑えた状態でローラ１０に加圧することができるため、ニップ部Ｎは所定幅に略均一に形成させることができる。なお、本実施例での加圧力は、総圧５ｋｇｆ（Ａ４幅の加熱定着装置を想定。長手寸法を２２ｃｍとすると単位長さ当たりの圧力としては、０．２３ｋｇｆ／ｃｍ）で加重している。これは従来の熱ローラ方式やフィルム加熱方式の加熱定着装置で設定される加圧力よりも低い値である。本発明では加圧部材が固定式であるため、少しでも加圧力を低くし、ローラ１０の回転時のトルクを小さくするほうが望ましい。従って総圧として２ｋｇｆ〜１０ｋｇｆ（単位長さあたりとしては０．０９ｋｇｆ／ｃｍ〜０．４５ｋｇｆ／ｃｍ）が適当な範囲である。
【００２８】
摺動層２２の材料は、記録材Ｐの搬送を妨げないような摺動性と、記録材Ｐからローラ１０の表面へ転移したトナー等が付着しないような離型性と、記録材Ｐとの摺擦で削れないような耐磨耗性と、を有していることが好ましい。そのため、摺動層２２の材料としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡといったフッ素樹脂、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）やＰＩ（ポリイミド）樹脂等が用いられる。一方、基材２１の材料は、上記摺動層２２の形成や配置に適した材料であれば特に制限は無い。もちろん、摺動層２２の材料は、上記材料例に限定される訳ではなく、また基材２１と摺動層２２を一体的に設けても構わない。
【００２９】
（３）定着装置６の定着動作
ローラ１０は芯金１１の両端部が装置フレーム（不図示）に対して軸受部材を介して回転可能に支持されている。そして、ローラ１０は、芯金１１の端部に設けられた駆動ギア（不図示）が回転駆動系（不図示）により駆動されることにより矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。ローラ１０はニップ部Ｈとニップ部Ｎとにおいてそれぞれヒータ１５と加圧部材２０に対して摺動しながら回転する。また、制御部１０１の温度制御部１０９が通電駆動手段としてのトライアック素子１１０をＯＮし、ＡＣ電源１１１よりヒータ１５の基板１５ａの長手端部に設けられた電極部（不図示）を通じて抵抗層１５ｂへの通電を開始する。抵抗層１５ｂは通電されることで発熱し、ヒータ１５が昇温する。ヒータ１５の温度は基板１５ａの他方の面（基板裏面）に設けられたサーミスタ等の温度検知手段１７により検知される。その検知温度情報が温度制御部１０９に入力する。温度制御部１０９は入力する検知温度情報に基づき抵抗層１５ｂに印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、ヒータ１５を所定の温度（目標温度）に維持する。ローラ１０はニップ部Ｈにおいてヒータ１５の熱により外側から加熱（外部加熱）され、ローラ表面がトナーを定着させることが可能な温度に加熱される。
【００３０】
この状態において、ニップ部Ｎに未定着のトナー画像ｔが形成されている記録材Ｐが画像面をローラ１０側にして導入され、記録材Ｐの裏側が加圧部材２０の摺動層２２に接して摺動層表面をすべりながらニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において記録材上の未定着トナー画像ｔがローラ１０による加熱とニップ部Ｎの加圧により記録材面に固着像として定着される。ニップ部Ｎを出た記録材Ｐはローラ１０から分離されて排出搬送される。装置６の温度制御の他の構成として、ローラ１０の表面の温度を温度検知手段で検知し、その検知信号に基づきヒータ１５の抵抗層１５ｂへの通電を制御することよって、ローラ１０の表面を所定の温度に維持するようにしてもよい。
【００３１】
（４）ローラ１０の表層（離型層）１４の構成
本発明の特徴である、ローラ１０の表層１４の構成について以下に詳細を述べる。まず、表層１４に用いる材料のベースとしては、トナーに対するオフセットや汚れ防止の観点からフッ素樹脂成分を含んでいる必要がある。例えばＰＦＡやＦＥＰ等のフッ素樹脂材の他、フッ素ゴムとＰＦＡやＦＥＰなどのフッ素樹脂を含むラテックスゴムが好適な材料として挙げられる。これらは単一の種類として用いることが出来る他、複数の材料を混合したものをベース材料として用いても良い。更にはこれらのベース材にカーボンブラック等の導電材を混入し、表層を導電被膜とすることも可能である。
【００３２】
上記のベース材塗料に、シリカやアルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン等の酸化物フィラー、或いは炭化ケイ素、チッ化ホウ素、チッ化アルミ、チッ化ケイ素等の無機フィラーを混合し分散させたものを塗布液とする。本実施例では、ベース材塗料への分散性等を考慮して、主としてアルミナや炭化ケイ素をフィラーとして用いた。フィラーが分散された塗布液をローラ表面にスプレーコートやディップなどの方法により均一に塗布する。塗布後、乾燥工程を経て電気オーブンにより約３００℃前後の温度にて１５分程度焼成し成膜する。
【００３３】
なお、フィラーをベース材塗料に分散するにあたり、所定の表面活性剤や分散剤を添加してもよい。塗布工程においては混合塗料中にフィラーが均一に分散した状態を保ちながら塗布することが望ましく、フィラーの量や大きさによっては混合塗料をスターラー等で攪拌し続け、塗料中に沈降することの無いように制御する工夫が求められる。
【００３４】
図２の（ａ）に表層１４の断面模式図を示す。表層１４のベース材となるフッ素樹脂中にフィラー１８を分散させ、その一部がフッ素樹脂面より突出していることが必要である。フィラー１８の突出については、図２の（ｂ）のように、フィラー１８自身の表面がそのままフッ素樹脂面１４より露出しているものに限られない。図２の（ｃ）のように、突出したフィラー１８の一部あるいは全部がベース材のフッ素樹脂１４に被覆され、凹凸を与える隆起状のものであっても良い。即ち、ローラ１０は、外周面にフィラーが分散されたフッ素樹脂成分より成る表層を有している。そして、フィラー１８の少なくとも一部が表層１４の表面から露出することによってあるいはフィラー１８が隆起することによって表層１４の表面に分布して凸部が形成されている。つまり、フィラー１８の露出部および隆起部よりなる凸部は表層１４の表面に分布していることが必要である。
【００３５】
このようなフィラー１８により形成された凹凸により、ローラ１０の回転トルクの低減と安定した記録材搬送性を両立するための最適な表面状態についてさらに詳細を説明する。固定式の加圧部材であるパッド２０を用いた場合、ローラ１０が回転していて、記録材Ｐがニップ部Ｎを通過していない状態時においては、ローラ１０の表面とパッド２０の表面が直接接触して摺擦するので、その摺擦面の摩擦力が回転トルクに大きく影響を及ぼす。ローラ１０が回転していて、記録材Ｐがニップ部Ｎを通過していない状態時としては、記録材Ｐがニップ部Ｎに導入されるまでの装置１００の前回転時（前回転動作中）や、連続通紙中の紙間時があげられる。また、一連のプリント動作後に行われる装置１００の後回転時（後回転動作中）が挙げられる。大きな摩擦力のもとでローラ１０を回転させる為には、回転トルクが高くなるので、その動力を発生させるための出力の大きなモータが必要となる。コストダウンやサイズダウンの為に加圧部材を固定化しているにもかかわらず、モータの出力が大きくなれば、その分のコストが上がってしまい、モータのサイズも大きくなるので本来の目的を達成することができない。摩擦力を小さく抑えることが出来れば、自ずとトルクも低減される。この摩擦力を決定するのは、ローラ１０の表面の加圧部材２０に対する動摩擦係数μである。
【００３６】
ローラ１０の表層１４のベース材料にフッ素樹脂を用いた場合、ローラ１０の表面の動摩擦係数μは温度によって、次のような挙動をする。図３の（ａ）に示すように、表層１４のベース材料にフィラー１８を添加していないａ）の場合、ローラ１０の表面の温度の上昇に伴って、動摩擦係数μが上昇する。これは、フッ素樹脂の温度に対する粘弾性の変化に起因するものである。表面温度の上昇により粘弾性が小さくなると、材料は外部から力を受けたときに、より大きく変形しようとする。実際には変形を引き戻そうとする弾性力が瞬間的に働くので、接触部分に抵抗力が生じ摩擦力となる。すなわち、表層１４にフィラー１８を添加しないローラ１０はパッド２０と直接接触して摺擦して回転している状態では、温度上昇とともにトルクが大きくなる。また、この状態で記録材（紙）Ｐをニップ部Ｎに導入しても、ローラ１０が記録材Ｐを送ろうとする力は、記録材Ｐがパッド２０から受ける抵抗力に大きく打ち勝つことが出来ず、記録材搬送を行うことが出来ない。
【００３７】
ここで、ローラ１０の表面温度を変化させた場合の動摩擦係数μの測定は図３の（ｂ）に示す方法で行った。即ち、測定を行うローラ１０とステンレスやアルミ等より成型されたスライド可能な加圧板６１の間に摺動シート６０を挟む。加圧板６１は所定の加圧力（例えば５００ｇｆ）にてローラ１０に対して加圧される。摺動シート６０はＳＵＳシート、あるいは、図１の（ｂ）の装置６におけるパッド２０の表面材質に合わせて、フッ素樹脂等がコート材やテープ材を用いて被覆してあっても良い。本実施例においてはＳＵＳシート６０の表面にスコッチ社製のフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）テープ５４９０を被覆したものを使用した。シート６０の端部にフォースゲージ３０を取り付け、ローラ１０を回転させた際に、シート６０が矢印の方向（左）へ搬送されようとするのを引きとめる力Ｆをゲージ３０にて測定する。測定した値Ｆを加圧力で割ったものを動摩擦係数μとして算出する。そして、ハロゲンヒータ７０などの熱源によりローラ１０の表面を非接触に加熱し、ローラ１０の表面が昇温した時の動摩擦係数μを温度に応じて測定すればよい。
【００３８】
次に、表層１４にフィラー１８を添加した場合について考える。ここで、以下の説明において、フィラー１８の添加量は、成膜後の表層１４に含まれる固形分全体（全体の固形分）を１００重量％とした時に、フィラー１８の占める割合を重量％として表すものとする。また、フィラー１８の粒径は平均粒径である。フィラー粒径については「レーザー回折法」により測定を行っている。レーザー回折法の代表的な測定機器は、マイクロトラックＨＲＡ（日機装株式会社製）などが挙げられる。測定により得られる粒度分布を、累積分布として表した際の、累積値が５０％を示す粒子径をメジアン径（Ｄ５０）と呼び、これを「平均粒径」としている。粒度分布の測定は、上記の回折法の他に、コールカウンター法などを用いても良い。球形状や非球形状の定義レーザー回折法やコールカウンター法で得られる粒度分布は、フィラーの球形状や非球形状などの形状因子を反映しておらず、粒子と同じ体積を持つ球体の直径として表される。厳密には、針状や鱗片状のフィラーはアスペクト比等で形状を表現するが、以下においては、フィラー粒径はメーカデータとしての平均粒径で説明を行っている。
【００３９】
フィラー１８は、丸み状の粒径４．０μｍのアルミナを用いた。図３の（ａ）中のｂ）に示すように、フィラー１８の添加量を５重量％とした場合、ローラ１０の表面の温度上昇に伴って、動摩擦係数μが上昇する傾向は、ａ）のフィラーが無い場合と同じである。これは、フィラー添加により、ローラ表面に凹凸が形成されたものの、図４の（ａ）に示すように、フィラーの添加量が少ないうちは、ローラ１０の表面とパッド２０の表面の密着性が良い。そのために、粘弾性の低下によって抵抗力の増したローラ１０の表面と密着したパッド２０と間の摩擦力が大きくなるからである。このような表面状態において記録材Ｐの通紙を行った場合、添加したフィラー１８の効果により、フィラーの存在しない場合よりも搬送力は強くなるが、安定して記録材Ｐを搬送し続けるにはまだ十分でない。
【００４０】
これに対し、図３の（ａ）中のｄ）に示した、フィラー添加量が２０重量％のローラ１０では、常温状態での動摩擦係数μは若干高くなるものの、ローラ１０の表面温度が上昇しても摩擦係数は大きくならず、ほぼ一定の値を推移する。これは図４の（ｂ）に示すように、温度上昇によりフッ素樹脂面の粘弾性が低下しても、フィラー１８の凸部が多く点在することでローラ１０の表面がパッド２０と接触する面積を減らすことができ、摩擦力の上昇を抑制している為である。すなわち回転トルクの抑制に効果をもたらす。このような表面状態で記録材Ｐをニップ部Ｎに導入する。そうすると、図４の（ｃ）に示すように、ローラ１０の表面に多く点在するフィラー１８の凸部が、記録材Ｐの凹凸にしっかりとアンカーし、それぞれの凸部がローラ１０の回転方向に記録材Ｐを押し出そうとする力が結集する。記録材Ｐがローラ１０の表面から受ける力は、パッド２０から受ける抵抗力よりも十分に大きくなり安定した記録材搬送を行うことが出来る。
【００４１】
上述のように、ローラ１０の表面の摩擦力の低減と記録材Ｐの搬送性向上を両立するためには、十分な量のフィラー１８を添加して、多くの凸部をローラ表面に形成することが必要である。図５の（ａ）に、ローラ１０の表面の温度が１８０℃において、フィラー１８の添加量を増加させた時のローラ１０の表面の動摩擦係数μ（Ｔ＝１８０℃）の変化を示す。１８０℃という温度は、装置６が画像定着動作中のローラ１０の表面（表層１４の表面）の温度（画像加熱のための温度）である。図５の（ａ）より、フィラー１８の添加量が約１０重量％以上から動摩擦係数μの上昇が抑制されている。すなわち、ローラ１０のトルクアップ抑制に効果があることがわかる。また、後述の表１より明らかなように、トルクの抑制と同時に記録材Ｐの搬送力も安定し始める。
【００４２】
ここで重要なのは、ローラ１０の表面とパッド２０との接触面積を減らしつつ、記録材Ｐに十分なアンカー効果をもたらす為の表面状態である。表層１４に添加するフィラー１８の量が少なければフィラー１８の露出や隆起による凸部が少なくなり、より多くのフィラー１８を添加することにより凸部が増えることになる。図６の（ａ）にローラ１０の表層１４の表面を拡大観察した模式図を示す。このような観察画像は例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や光学顕微鏡等の観察機器により５００〜１０００倍程度の表面拡大写真を撮影することによって得られる。例えばこのような観察画像から、フィラー１８による凸部を選択してその投影面積の合計を計算し、観察画像全体の投影面積で割ることにより、凸部の占有割合を求めることができる。
【００４３】
図５の（ｂ）において、横軸をフィラー１８の添加量ではなく、フィラー１８による凸部の占有割合に置き換えたものを示す。グラフより、およそフィラー１８による凸部の占有割合が５％以上（フィラー添加量１０重量％に対応する）であれば、動摩擦係数μの上昇が抑制できているものと考えられる。
【００４４】
以下、比較実験の項で詳細は述べるが、フィラー１８の種類や形状、粒径が異なれば、トルクの低減と記録材搬送力アップの両立に効果をもたらすフィラー１８の添加量は異なる。しかしながら、フィラー１８の粒径や種類、形状が異なっても、添加量の調整によって、フィラー１８の凸部合計が、表面全体の投影面積の約５％を超えていれば、ローラ１０のトルク抑制と記録材搬送力の付与が両立できることが確認できた。
【００４５】
従って、フィラー１８の添加によって、凸部の占有面積が５％以上になるような表面性をコントロールすることが重要である。ところが、ローラ１０の表面の観察方法やフィラー凸部の認識基準、あるいは観察者が異なると、特定される凸部の大きさや数が異なってしまい、一意的に５％以上の凸部が効果的であると断定できない。従って、凸部の占有割合はあくまで表面状態を記述する目安である。実際には、用いるフィラー１８の種類や形状、粒径が決まった時点で、加熱時のトルクや動摩擦係数μ、また記録材Ｐの搬送力を測定する。そして、ローラ１０の表面の温度上昇によるトルクアップや動摩擦係数μの上昇が認められないような添加量とそれに対応する表面状態を把握することが重要である。
【００４６】
言い換えると、ローラ１０の表面の温度上昇によりトルクや動摩擦係数μの上昇が認められる状態とは、ローラ１０の表面特性に支配的に影響を与えているのはベース材料であるフッ素樹脂の特性であり、フィラー１８の特性がまだ発揮できていない状態である。十分な記録材搬送力も得ることが出来ない。フィラー１８の添加量を増やすことで、フィラー及びフィラーにより形成された凸部の特性が支配的となって、昇温時のトルクの抑制と安定した記録材搬送力に効果をもたらす。したがって、ローラ１０の表面が常温状態と昇温した状態において動摩擦係数μの変化を捉えることで、ローラ１０の表面特性がベース材料の特性に支配的であるか、フィラー特性に支配的であるかを判断することが出来る。
【００４７】
前述した図３の（ａ）に代表されるような方法において、動摩擦係数μをローラ１０の温度に応じて測定し、常温時（例えば２５℃）における動摩擦係数をμ（ｃｏｌｄ）とする。また、ローラ１０の表面が１８０℃（画像加熱のための温度）に昇温した時の動摩擦係数をμ（ｈｏｔ）とする。トルクの抑制には、図３の（ａ）のグラフに示すように、十分なフィラー１８を添加し（フィラー添加量２０ｗｔ％）、μ（ｈｏｔ）＝μ（ｃｏｌｄ）あるいは、μ（ｈｏｔ）＜μ（ｃｏｌｄ）となることが望ましい。
【００４８】
また、ローラ１０の表面の特性を支配する要因が、ベース材料からフィラー１８による凸部の特性に切り替わるところでは、μ（ｃｏｌｄ）とμ（ｈｏｔ）の関係が上記のように同等となる場合がある。また、わずかにμ（ｈｏｔ）の方が大きくなる等、不安定な値を示す場合がある。図３の（ａ）中のｃ）に示した、フィラー添加量１０重量％がそれに相当する。これは、加熱によるローラ１０の外径の膨張などによって表面積が増えた分だけ、表面特性がわずかにベース材料の影響を受けやすくなるためと考えられる。また、ローラ１０の周方向におけるフィラー１８の分散ばらつきや、ローラ１０そのものの振れや軸中心のズレに起因して、動摩擦係数μがある程度の上下幅を持って変動することによる。しかしながら、実際のローラ１０の使用時を考慮すると、フィラー１８による凸部の効果により安定した記録材Ｐの搬送が可能であり、トルクの上昇も抑制することが出来た。これについては後述する表１により詳述する。
【００４９】
これらを考慮すると、本発明の効果を発現できる形態としてはμ（ｈｏｔ）＜１．２×μ（ｃｏｌｄ）であれば、ローラ１０の表面の特性がフィラー１８およびフィラー１８により形成される凸部により支配的となる。これにより、使用時のトルクの抑制と安定した記録材の搬送力を得ることができる。また、ローラ１０の昇温時の動摩擦係数μ（ｈｏｔ）は上記のように１８０℃に限定されるものではなく、加熱定着が行われる際の温度であれば良い。連続通紙時のローラ１０の端部の異常昇温等も考慮すると、およそ１５０℃以上で測定すれば問題無い。
【００５０】
また、添加するフィラー１８の量が多くなりすぎると、表層１４の成膜性が低下してしまい、焼成後表面にヒビが入ったり、ローラ１０の回転時に摺動のストレスにより表面の被膜が割れたりする。その為、ベースとなるフッ素樹脂材料の種類や用いるフィラー種や形状による相性を踏まえ、添加量は調整すべきである。
【００５１】
また、添加するフィラー１８の量と大きさ（外径：平均粒径）の関係については、上述したフィラー１８の突出を考慮すると、表層１４の膜厚、すなわち塗布量によって調整が必要である。つまり、膜厚が厚い場合は大きめのフィラー１８を用いることにより少ない量でも突出しやすくなるが、小さめのフィラー１８を用いると添加量を増やさないとベース面から突出しにくくなる。逆に、膜厚が薄い場合は、比較的小さめのフィラー１８でもベース面から突出できるが、フィラー１８が大きすぎると、突出量が大きくなりすぎてしまい、使用時にフィラー１８がベース材から剥がれやすくなり、所望の機能を果たすことが困難となる。塗布膜厚に影響を与えるのは、ベース材量となるフッ素樹脂の種類、塗布液の粘度や塗布条件（例えばスプレー塗装なら、噴出量や塗布回数など）であり、適宜調整が必要である。さらに、フィラー１８の形状についても、パッド２０との接触状態や、記録材Ｐの搬送性に影響を与える因子であるため、目的に応じて最適な形状を選択する必要がある。
【００５２】
（５）比較実験
以上に説明した観点に基づき、ベース材料の種類や添加するフィラー１８の量や大きさ、形状についての効果を従来例と比較したので以下に説明する。
【００５３】
Ｉ：フィラー１８の添加量による考察
以下にフィラー１８の添加量による効果の違いを比較した。ここでは表層１４のベース樹脂としてパーフルオロアルコキシ樹脂（以下ＰＦＡ）を用いた。ＰＦＡをベース材に用いた場合、フィラー１８を添加した塗料の粘性が低いので、ムラのない表面性を得るためには約１０μｍ程度の膜厚が表層として最適である。また使用したフィラー１８は粉砕タイプの丸み状アルミナ（平均粒径が４μｍ）である。成膜後の表層１４全体を１００重量％とした場合に、フィラー１８の重量％が０〜５０重量％となるような塗布液を作製し、スプレーコートにて塗布、乾燥し所定の焼成工程を経て成膜する。フィラー１８の添加量は、成膜後の表層１４に含まれる固形分全体を１００重量％とした時に、フィラー１８の占める割合を重量％として表すものとする。また、ローラ１０の外径はφ１２とし、加圧部材２０には、アルミ板金２１上にフッ素樹脂として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）２２をコートしたパッドを用いた。作製したローラ１０は定着装置６に具備し、回転時のローラ軸上の回転トルクと、記録材搬送中の搬送力を測定した。結果を下記表１に示す。
【００５４】
【表１】
0005517813.tif 000002
【００５５】
表１におけるトルク（ｋｇｆ・ｃｍ）は、本実施例で使用する定着装置６のモータ出力とのバランスを考慮すると１．０ｋｇｆ・ｃｍ前後が望ましく、２．０ｋｇｆ・ｃｍ付近になると回転不能となってしまう。少なくとも１．４ｋｇｆ・ｃｍ以下であれば、モータの駆動力で回転可能であるとする。また、搬送力（ｋｇｆ）とは、Ａ４サイズの普通紙がニップ部Ｎに挟まれながら搬送している際に、その紙の搬送を止める為に必要とするバックテンションの大きさであり、図６の（ｂ）のように、フォースゲージ３０などを用いながら測定したものである。本実施例では少なくとも０．３ｋｇｆ以上の値がないと、安定した紙の搬送が不可能となる。
【００５６】
なお、記録材搬送力の判断基準は一義的に決められるものではなく、加熱定着部の前工程にあたる転写部からの記録材Ｐの押し込み力や、排紙部で受ける搬送力、またその他の補助的な搬送部材の影響により必要な値は異なるものである。画像形成装置に応じて決定されるものである。
【００５７】
表１の比較実験によれば、最適なトルクや搬送力を得るためには、実施例Ｉ−１〜Ｉ−５で代表されるようなフィラー１８の添加量が必要である。成膜性も考慮すると、表層１４の全体の重量に対して、およそ１０重量％以上６０重量％以下、就中、１０重量％以上４０重量％以下の添加量が最適であると言える。
【００５８】
また、表１にはフィラー１８の凸部の合計が表面の投影面積に対して占有する割合を「凸部割合」として示したが、トルクが高い値を示す比較例２では占有割合が３．０％であり、トルクが抑制し始める実施例Ｉ−１では占有割合が５．０％である。このことから、トルク抑制の為には、フィラー１８の添加によっておよそ凸部の占有割合を５．０％以上に設定することが必要であると言える。
【００５９】
また、ローラ表面温度が１８０℃における動摩擦係数μを比較すると、動摩擦係数μの減少に伴って、トルクが減少していることがわかる（表１の動摩擦係数μのデータは図５のグラフに対応している。）。実施例Ｉ−１における、ローラ１０の昇温時の動摩擦係数μ（１８０℃）と常温時の動摩擦係数μ（２５℃）の比はμ（１８０℃）／μ（２５℃）＝１．１９７である。動摩擦係数μの比較においては１８０℃昇温時の方が若干高い値を持つが、記録材Ｐの搬送を行う使用時においては、トルクの抑制と安定した記録材搬送力を両立できる。つまり、実施例Ｉ−１で形成されているローラ１０の表面の状態とは、ローラ１０の表面の特性がベース材料であるフッ素樹脂の特性から、フィラー１８による凸部の特性に変化し始めた所であると言える。すなわち、ローラ１０の表面特性として、フィラー１８による凸部の特性が支配的な表面状態では、μ（ｈｏｔ）＜１．２×μ（ｃｏｌｄ）の関係が成り立つことがわかる。
【００６０】
II：フィラー１８の粒径に関する考察
上記Ｉの比較では添加するフィラー１８の平均粒径を同じにして、添加量の違いがもたらす影響について考察した。ここでは、異なる粒径のフィラー１８を用いた場合の影響について考察する。ベースに用いるフッ素樹脂材料とコート膜厚については（５−１）と同様である。フィラー１８の材質と形状はＩと同様であり丸み状のアルミナである。コート厚み１０μｍに対して平均粒径がそれぞれ８μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍのフィラー１８を、添加量を変えて表層１４をコートし比較実験を行った。結果を下表２に示す。
【００６１】
【表２】
0005517813.tif 000003
【００６２】
例えば、フィラー１８に粒径を８μｍとした場合（表２の実施例II−１〜II−３）は、フィラー１８の添加量が同量であっても、粒径が４μｍの場合（表１）と比較してトルクが低い傾向が見られる。これは粒径が大きくなることで、少ない添加量でもコート膜表面からフィラーが突出し始めることを意味している。表２に示すフィラー１８の「凸部割合」の数値を比較しても粒径８μｍフィラーの方が占有割合が大きくなっていることからも理解できる。同じ理由で記録材搬送力も若干大きくなる傾向がある。一方で、添加量を増やした時の成膜性が劣る傾向があり、４０％程度の添加量からコート膜の割れが発生し始める。従って、粒径を４μｍから８μｍとした場合、最適な添加量が１０〜３０重量％となる。
【００６３】
次に、膜厚１０μｍよりも大きいフィラー１８として粒径１５μｍを選択した場合（実施例II−４、II−５）、フィラー添加量が１０％であってもトルクの減少が見られない。これは、フィラー径が大きくなった為に表面積に対する分散割合が減ったことを意味する。すなわち、フィラー自体の存在する箇所（サイト）が少なくなり、表面の投影面積に対してフィラー１８の凸部が占有する割合が３．５％と少なくなったことによる。サイト間に平滑なＰＦＡ面が多くなることで、パッド２０との摺擦面積が増えトルクを抑えられないことを表している。添加量を増やすことで、トルクの抑制と搬送力の増加が期待できるが、添加しすぎると成膜性が損なわれるのは、粒径８μｍのフィラーと同じ傾向である。従って、膜厚よりも大きな外径（平均粒径）のフィラー１８を用いると、効果を発揮できる添加量の幅が狭くなり、粒径１５μｍのフィラーでは２０〜３０重量％の添加量が最適であることがわかる。また、表２には省略してあるが、トルクの抑制が効いている状態では、ローラ昇温時の動摩擦係数μは、常温時のそれと比較して、略同等以下であった。
【００６４】
また、さらに大きな粒径である粒径２０μｍのフィラーを用いた場合でも２０〜３０重量％のフィラー添加量でトルクの抑制と記録材搬送力の両立を維持できる。しかし、より大きな粒径２５μｍのフィラーを用いた場合、実際にローラ１０を使用した時にフィラー１８がコート面から剥れやすくなり、比較的耐久初期の段階で所望の効果を発揮できなくなる。そのため、膜厚に対してあまりにも大きな粒径のフィラーを用いることは望ましくない。
【００６５】
以上より、トルクの抑制と記録材搬送力のアップを両立するためには、表層１４の膜厚に応じて、最適なフィラー粒径の範囲があり、およそ膜厚に対して２００％くらいのまでが使用可能なフィラー粒径の上限であると考えられる。
【００６６】
一方、効果の期待できるフィラー粒径の下限は、例えば表１の比較で使用した丸み状４μｍの粒径よりも小さいフィラーとして、粒径３μｍおよび２μｍの丸み状フィラーを用いて添加量の調整を行った。両方とも添加量を増加するに従って、フィラー１８による凸部が増え、トルクを下げる効果は発揮できた。記録材搬送力については、粒径３μｍのフィラーであれば３０重量％の添加で０．３２ｋｇｆという値が得られ、記録材搬送が可能である。しかし、粒径２μｍのフィラーでは添加量を増やしても、０．２６ｋｇｆの紙搬送力しか得られず、安定した紙搬送を行うことが不可能であった。これはフィラー粒径が小さすぎることにより、記録材搬送力を与えるのに十分な大きさの凸部を形成出来ないことによる。これは、以下に述べる異形状のフィラーであっても同様の結果であった。
【００６７】
従って、本発明の効果を発現できるフィラー１８の平均粒径の範囲としては、下限が３μｍ以上であり、上限が表層１４の膜厚に対して２００％以下の粒径であればよい。また、その範囲内でより大きな粒径のフィラー１８を用いることで記録材搬送力の向上が見込みやすく、安定した記録材搬送性を得ることができる。さらに、用いるフィラー１８の粒径に応じて最適な添加量も変化し、それらはトルクの減少と必要な搬送力が両立できるポイントと成膜限界から決定することがわかった。
【００６８】
最適なフィラー１８の添加量は、本実施例での作製条件により決められたものであり、用いる材料や塗布液の作製条件、あるいは焼成条件を変えることにより成膜性が変化する場合は、適宜最適な添加量は調整されるべきである。即ち、フィラーの添加量は、表層１４の全体の固形分を１００重量％とした場合、１０重量％以上６０重量％以下となるように配合され、表層１４の膜厚やフィラー１８の平均粒径に応じて、調整される。
【００６９】
III：フィラー１８の形状に関する考察
フィラー１８の形状による影響について以下に説明する。IIで使用したアルミナの丸み形状の粉砕フィラーに対し、球形状のフィラー、立方状（角形状）の粉砕フィラー、鱗片状フィラーについて効果を比較した。いずれも平均粒径は８μｍ、添加量は２０重量％と固定してある。結果を表３に示す。ベース材料および膜厚条件は上記Ｉ、IIと同じである。
【００７０】
【表３】
0005517813.tif 000004
【００７１】
表３の結果より明らかなように、形状が球体に近いほど搬送力は小さくなり、異形状（非球形状）になるほど搬送力がアップする傾向がある。フィラー形状が異形状なほど、表層１４のベース面から突出する量が大きくなりやすく、また形状による紙繊維への食いつきが強くなることから、記録材Ｐに対するアンカー効果が増すことで搬送力がアップしていると考えられる。球形のフィラー１８は、コート時にベース面から突出していても、フィラー表面がベース材に覆われている量が多く、記録材Ｐと摺擦しても滑りやすくなっているために搬送力が弱いものと考えられる。
【００７２】
以上Ｉ〜IIIに説明した比較結果を総合すると、フィラー１８の粒径としては３μｍ以上で、表層１４のコート膜厚に対して２００％以下の平均粒径が望ましい。フィラー形状としてより異形状のフィラー（鱗片状、針状、角形状、立方形状等の非球形状のフィラー）を用い、成膜性が良好となる範囲で添加量を調整することで、効果的にトルクダウンと記録材搬送力向上の両立が図れる。ここで、表層１４に用いるベース材料、フィラー分散後の塗布溶液の処理条件、製作する際の塗布方法、および焼成条件や乾燥条件、さらには下層との間に設けるプライマ層の処理等によっては、成膜性や効果の発現性は変化するものと考えられる。これらの条件や構成に応じて、適宜フィラーの添加量や形状等は最適化するべきものである。
【００７３】
以上のように、ローラ１０の表面が加熱等により昇温した場合においても、フィラー１８の凸部が表面に分布した状態で、動摩擦係数μ（ｈｏｔ）の上昇が抑制されていれば次の効果が得られる。即ち、ローラ表面に分布する凹凸が、固定式の加圧部材との接触面積を減らす程度の表面状態を形成し、結果として摩擦力が減りトルクの上昇を抑制することができる。且つ、記録材が通紙される際は、突出したフィラーの凸部が記録材の表面に十分にアンカーすることによって、安定した紙搬送力を与えることが可能となる。
【００７４】
［実施例２］
本実施例１で使用する画像形成装置および加熱定着装置の構成は実施例１と同様であるため説明を省略する。本実施例では表層１４のベースと成るフッ素樹脂成分（ベース材料）に、フッ素樹脂とフッ素ゴムの混合物から成るラテックス系の塗料を用いることを特徴とする。本文中では特に注釈のない限りフッ素ゴム中にフッ素樹脂を分散させたコートをフッ素ゴムラテックスコートと呼ぶことにする。
【００７５】
実施例１のように、フッ素樹脂単体の塗料をベースとした場合、一般的に成膜可能なコートとして塗布膜厚の限界は１５μｍ程度である。実施例１で説明したように、添加するフィラーの平均粒径の大きさの限界は膜厚に依存し、粒径を大きくしすぎると、フィラーが剥がれやすくなり、表面性が粗くなるという問題が生じる。従って、フッ素樹脂ベースの場合、使用できるフィラー粒径の限界は２０〜３０μｍ程度である。また、分散可能な添加量としても、重量％として３０〜４０重量％前後であり、多量のフィラーを分散させることは困難である。
【００７６】
一方、フッ素ゴムラテックスは、１０μｍ以下の膜厚で成膜することは困難であり、塗布液の粘性や比重の観点から２０μｍ〜３０μｍ程度の塗布膜厚が製造上コントロールし易い。塗布膜厚を厚くできるということは、添加するフィラーの粒径を大きくすることができる。また、フッ素ゴム成分を含有することで成膜後のコート層硬さがフッ素樹脂単体よりも柔軟性を持っている為、焼成による割れも発生し難いことから、より多量のフィラーを添加することが容易である。すなわちフッ素ゴムラテックスコートを表層のベース材料として用いることにより表層１４に添加するフィラー１８の種類と添加量について選択の幅を増やすことができる。
【００７７】
IV：ベース材料の違いに関する考察
そこで以下において、フッ素ゴムラテックスをベース材料とした場合の挙動について、実施例１と比較しながら効果を説明する。
【００７８】
本実施例２の表層１４のベース材料として用いたフッ素ゴムラテックスは具体的にはダイキン工業製、フッ素ゴムラテックスＧＬＳ２１３Ｆである。含まれるフッ素樹脂成分はＦＥＰである。このＧＬＳ２１３Ｆ中に下記表４に示す分量のフィラーと硬化剤ＧＬ２００Ｂを混ぜた塗布溶液を作製し、これを定着ローラ表面にスプレー塗工し、乾燥後電気オーブンにて３００℃で１５分加熱焼成したものである。実施例IV−１、２としては、丸み状の粒径１０μｍのアルミナフィラーを６０重量％まで添加した。また実施例IV−３としては、丸み状の粒径３０μｍのアルミナフィラーを３０重量％添加した。
【００７９】
【表４】
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【００８０】
表４の結果より明らかなように、フッ素ゴムラテックスを使用した方が、トルクの抑制は維持したまま、記録材搬送力を更に向上させることが可能である。これらは、実施例IV−１に示すように、ラテックスを使用することによりフィラーの添加量を増加できたので、表層１４から突出したフィラー１８による凸部の占有割合が増えたことによるものと考えられる。さらにフィラー１８の添加量としても、６０重量％まで増やしてもコートの割れ等が発生せず良好な表層が得られた。比較例１０に示すように、７０重量％までフィラー１８を増加させると、成膜性が損なわれることから、添加できるフィラー１８の量としては、６０重量％程度までが限界である。
【００８１】
また実施例IV−３に示すように、フッ素ゴムラテックスは膜厚を２０μｍまで厚く塗布することが出来るので、より粒径の大きいフィラー１８を使用することが可能となる。その結果、表層１４から突出するフィラー１８の突出量が大きくなり、記録材表面をアンカーする効果が高まるので、より安定して記録材搬送できるものと考えられる。また、フッ素ゴムラテックスを用いた場合でも、粒径が３μｍより小さいフィラー１８では十分な記録材搬送力を得ることが出来なかった。さらに、２０μｍの膜厚に対して、粒径４０μｍの丸み状フィラー１８を添加した場合は、トルク抑制と記録材搬送を両立できたが、それ以上の粒径のフィラー１８では、使用時のフィラー剥がれの問題が生じた。従って、ベース材量の種類や厚みが変わっても、適用できるフィラー粒径として、下限は３μｍ以上であり、上限が膜厚の２００％以下である。また、表４の比較では、丸み形状の粉砕タイプのフィラー１８を用いたが、実施例１に示したように、鱗片状、針状、角形状、立方形状等の非球形状など、異形状のフィラーを用いれば、更なる搬送力の向上も期待できる。
【００８２】
最適なフィラー１８の添加量は、本実施例での作製条件により決められたものであり、用いる材料や塗布液の作製条件、あるいは焼成条件を変えることにより成膜性が変化する場合は、適宜最適な添加量は調整されるべきである。即ち、フィラーの添加量は、表層１４の全体の固形分を１００重量％とした場合、１０重量％以上６０重量％以下となるように配合され、表層１４の膜厚やフィラー１８の平均粒径に応じて、調整される。
【００８３】
［実施例３］
実施例１および２では、表層１４に単一種のフィラーを添加するものであったが、本実施例３では、２種類以上の異なるフィラー（複数種のフィラー）を表層のベース材料に添加することを特徴とする。ここでは、実施例２で用いたフッ素ゴムラテックスをベース材料に用いた構成について説明する。
【００８４】
実施例２で述べたように、フッ素ゴムラテックスをベース材料に用いた構成では、膜厚を厚くコートできる。そのため、より粒径（平均粒径）の大きなフィラー１８（複数種のフィラーの内、１種類のフィラー）を添加することによって、記録材搬送力を向上させることが可能となる。しかしながら、粒径の大きなフィラー１８の添加量が多すぎると、ローラ１０の表面性が粗くなってしまい、記録材との密着性が低下する。そのために離型性そのものが損なわれ、記録材上へのトナーの定着性やオフセットのレベル低下、さらにはオフセットトナーの蓄積などの問題が生じる。表面性を向上させるためには、搬送力を犠牲にしながらも添加量を減らすことも可能であるが、粒径の大きなフィラーを減らすと、フィラーの存在しない表面性の良好な面積が増える。そのために、パッド２０とローラ１０の表面の密着性が増してトルクアップの原因となる。
【００８５】
そこで、大粒径のフィラー添加量を減らしながら、小粒径フィラーの添加を行う。これにより、図７の（ａ）に示すように、大粒径フィラーの存在しないエリアにも小さいフィラーを析出させることによって、トルクアップを抑制しながら記録材搬送力も維持し、且つ平面部分の離型性もオフセット等の発生しないレベルに抑制できる。
【００８６】
Ｖ：２種類以上のフィラー添加に関する比較
以下に、粒径や形状の異なる２種類のフィラーを添加した場合の効果について比較した。実施例Ｖ−１では、大径フィラーとして鱗片状の粒径３０μｍ（長径）のアルミナフィラーを１５重量％、小径フィラーとして丸み状の粒径４μｍのアルミナフィラーを２０重量％添加した。即ち、フィラーは複数種のフィラーにより構成され、その複数種のフィラーのうち、１種類のフィラーの平均粒径は他種類のフィラーの平均粒径よりも大きい。また、実施例Ｖ−２では。大径フィラーとして立方状の粒径１５μｍの炭化ケイ素（ＳｉＣ）フィラーを１５重量％、小径フィラーとして丸み状の粒径４μｍのアルミナフィラーを２５重量％添加した。即ち、フィラーは複数種のフィラーにより構成され、フィラーの形状のうち、少なくとも１種類は鱗片状、針状、角形状、立方形状等の非球形状である。表層１４のベース材料は実施例２と同様にＧＬＳ２１３Ｆであり、コート膜厚も２０μｍである。
【００８７】
【表５】
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【００８８】
表５において、オフセットのレベルとして、定着後のトナー画像にオフセットがわずかでも認められる場合は△レベル、目視ではほとんど確認できないレベルを○とした。実施例IV−２や比較例１１で代表されるように、比較的粒径の大きな単一フィラーを多く添加した場合は、表面性が粗くなりオフセットが目立つようになる。添加量を減らすと、比較例１２のように表面性は良化しオフセットも改善するが、フィラーの存在するサイトが減った分、平滑な面積が増えたために摩擦力が大きくなりトルクが上昇する結果となった。
【００８９】
一方で実施例Ｖ−１やＶ−２に示すように、大粒径のフィラーを減らし、且つ小粒径のフィラーを添加することで、必要な搬送力を維持しつつトルクを抑制し、平面部の粗さもオフセットの許容レベルまで抑制できることが可能となる。つまり、大粒径のフィラーが安定した搬送力を与えるフィラーとして機能し、小粒径のフィラーがトルク抑制と表面性の低下を抑制する働きを持つ。そこで、そのような種類（複数種）の異なるフィラーの機能を効果的に使い分けることで、ローラとして必要な特性を向上させることが可能となる。
【００９０】
また、アルミナ等のフィラーは高熱伝導性の性質を有するため、大粒径フィラーのサイト間に添加した小粒径のフィラーは、表層の熱伝導性を向上する働きも有り、記録材上のトナーを定着させるための制御温度を下げることが出来るなどの利点がある。
【００９１】
なお、添加する複数種のフィラーの種類や粒径および形状等の組み合わせは、表５に示すような大径フィラーと小径フィラーの組み合わせに限定されるものではない。フィラー１８の粒径、形状や材質などの組み合わせにより、使用する定着装置の特性に応じて適宜最適化されるべきものである。摩擦による記録材搬送力とトルク、および表面性による離型性や熱伝導性等の特性を向上させることを目的に、複数のフィラーを組み合わせることによって、単一種のフィラーを用いる構成よりも特性が向上するように最適化すればよい。また、ベースとなるフッ素樹脂もフッ素ゴムラテックスに限定されるものではなく、実施例１に代表するようなＰＦＡやＦＥＰ等のフッ素樹脂に複数のフィラーを添加するものであっても良い。
【００９２】
［その他の実施の形態］
（１）実施例１乃至３の定着装置６において、ローラ１０を外部加熱する加熱手段１５は実施例のローラ１０の外面に接触して加熱するプレート状のヒータ１５に限られるものではない。ローラ１０の外面に接触して回転するヒートローラであってもよい。ローラ１０の外面に非接触に対向して配設されたハロゲンランプや赤外線ヒータなどであってもよい。ローラ１０の構成層に加熱手段として通電発熱抵抗層を具備させてもよい。ローラ１０の構成層に電磁誘導発熱層を具備させて、その発熱層に交番磁束を作用させる励磁コイルをローラ１０の外側或いは内側に配設した構成にすることもできる。
【００９３】
（２）ローラ１０の加熱方式は外部加熱方式に限られない。図７の（ｂ）のような内部加熱方式とすることもできる。この定着装置６は、ローラ１０の芯金１１を中空体にし、その内部に加熱手段１５としてハロゲンヒータ等の熱源を挿入してローラ１０を内部から加熱する構成である。この構成では、中空のローラ芯金１１の周囲に直接あるいは所定の厚みの弾性層１２を介して、表層１４を形成する。そして、表層１４が実施例１乃至３で説明したような構成であれば、固定式の加圧部材２０との摺擦に対してトルクを抑制し、且つ記録材Ｐの通紙時にも安定した紙搬送力を与えることが可能となる。この内部加熱方式の場合、ローラ１０の弾性層１２を厚く形成しすぎると、ローラ１０の立ち上がり時間が長くなってしまう他、内部に設置した加熱手段１５からの熱エネルギーを効率的に記録材Ｐに伝えることが出来なくなる。従って、弾性層１２は設けないか、出来るだけ薄く形成することになる。この場合、加圧部材２０が剛体であると定着に必要なニップ部Ｎを形成するのが困難となる。そのため、加圧部材（加圧パッド）２０の構成は、例えば、基材２１の上にシリコーンゴムなどの耐熱性ゴムで形成した弾性層２３の上に、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型性層２２を設けることによって、所定幅のニップ部Ｎを形成しやすくすればよい。ローラ１０の温調はつぎのようになされる。ＡＣ電源１１１より給電された熱源１５の発熱により内部から加熱されたローラ１０の表面温度がローラ１０の表面に接触させて或いは非接触に設けられたサーミスタ等の温度検知手段１７により検知される。その検知温度情報が温度制御部１０９に入力する。温度制御部１０９は入力する検知温度情報に基づき通電駆動手段１１０を制御する。即ち、加熱手段１５から熱源１５への供給電力を制御することで、ローラ１０の表面温度を所定の定着温度に温調する。ローラ１０の加熱構成は、その他、電磁誘導加熱構成、ローラ自体に通電発熱抵抗層を積層して具備させる構成など適宜の加熱構成を採り得る。
【００９４】
（３）画像加熱用回転体１０はローラ体に限られない。可撓性を有するエンドレスベルト体の形態とすることもできる。図８は画像加熱用回転体１０を可撓性を有するエンドレスベルト体とした、外部加熱方式の定着装置６の一例の概略図である。画像加熱用回転体としての可撓性を有するエンドレスベルト１０は、内側から外側に順に、可撓性を有する基体層１１、低熱伝導層（弾性層）１２、高熱伝導層（弾性層）１３、表層（離型性層）１４の積層ベルトであり、全体に可撓性を有する。ベルト１０は駆動ローラ８１とテンションローラ８２との間に懸回張設されており、ローラ８１により矢印の時計方向に回転駆動される。また、ローラ８１のベルト懸回部にはベルト１０の外面に圧接して記録材Ｐを挟持搬送するためのニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成する固定された非回転の加圧部材２０（加圧パッド）２０を有する。ベルト１０の外面は、ベルト１０の外面に非接触に対向して配設された加熱手段としてのハロゲンランプ１５により所定の画像加熱温度に外部加熱される。そして、ベルト１０の表層１４が実施例１乃至３に説明したような構成であれば、固定式の加圧部材２０との摺擦に対してトルクを抑制し、且つ記録材Ｐの通紙時にも安定した紙搬送力を与えることが可能となる。ベルトの温調はつぎのようになされる。ＡＣ電源１１１より給電されたランプ１５の発熱により外部から加熱されたベルト１０の表面温度がベルト１０の表面に接触させて或いは非接触に設けられたサーミスタ等の温度検知手段１７により検知される。その検知温度情報が温度制御部１０９に入力する。温度制御部１０９は入力する検知温度情報に基づき通電駆動手段１１０を制御する。即ち、電源１１１からランプ１５への供給電力を制御することで、ベルト１０の表面温度を所定の定着温度に温調する。ベルト１０の加熱構成は、その他、電磁誘導加熱構成、ベルト自体に通電発熱抵抗層を積層して具備させる構成など適宜の加熱構成を採り得る。
【００９５】
（４）固定式の加圧部材２０は、加圧パッドに限られず、加圧シート、板ばね性を有するシート状加圧部材などにすることができる。
【符号の説明】
【００９６】
６・・画像加熱装置、１０・・画像加熱用回転体、１４・・表層、１５・・加熱手段、１８・・フィラー、２０・・加圧部材、Ｎ・・ニップ部、Ｐ・・記録材、ｔ・・画像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005517813.tif 000012
【図７】
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【図８】
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