(57)【要約】【課題】加熱定着部材の弾性層において、厚み方向の熱伝導性をさらに向上させることにより、高速プリント時に被加熱体（被記録材）に対し効率的な熱供給を行い、定着画像の高い光沢性能を確保し、かつ、弾性層自体は十分な柔軟性を確保することで均一な画像性能を達成できる加熱定着部材、および、デュエルタイムの短縮によっても、トナー画像に十分な熱を伝えることのできる高性能な加熱定着装置を提供する。【解決手段】弾性層中にカーボンファイバーを配し、該弾性層の厚み方向の熱伝導率を１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とする。【選択図】図１
2006259712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性層を有するシームレスタイプの円筒型加熱定着部材であって、弾性層にカーボンファイバーを配し、該弾性層の厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする加熱定着部材。
【請求項２】
該弾性層がカーボンファイバーと共にカーボンファイバーの配向を阻害する成分を含有している請求項１に記載の加熱定着部材。
【請求項３】
カーボンファイバーの配向を阻害する成分が、粒子形状であり、その重量平均粒径をＲ（μｍ）とするとき、重量平均粒径Ｒ（μｍ）とカーボンファイバーの平均繊維直径Ｄ（μｍ）との関係が、
０．５≦Ｒ／Ｄ≦１０
を満足する請求項２に記載の加熱定着部材。
【請求項４】
該弾性層の厚み方向の熱伝導率が２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である請求項１〜３のいずれかに記載の加熱定着部材。
【請求項５】
該カーボンファイバーの平均繊維直径Ｄが１μｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材。
【請求項６】
該カーボンファイバーの平均繊維長Ｌが１μｍ以上である請求項１〜５のいずれかに記載の加熱定着部材。
【請求項７】
繊維長が１μｍ以上であるカーボンファイバーのうち、繊維長が１〜５０μｍの範囲にあるものの個数が８０％以上である請求項６に記載の加熱定着部材。
【請求項８】
繊維長が１μｍ以上であるカーボンファイバーのうち、繊維長が１〜５０μｍの範囲にあるものの個数が８０〜９５％である請求項６に記載の加熱定着部材。
【請求項９】
該カーボンファイバーがピッチ系カーボンファイバーである請求項１〜８のいずれかに記載の加熱定着部材。
【請求項１０】
該カーボンファイバーが真密度２．１ｇ／ｃｍ３以上のものである請求項１〜９のいずれかに記載の加熱定着部材。
【請求項１１】
該弾性層のＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度が１〜５０度である請求項１〜１０のいずれかに記載の加熱定着部材。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れかに記載の加熱定着部材を具備していることを特徴とする加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱定着部材と加圧部材との圧接ニップ部にシート状の被記録材を挟持搬送して被記録材を加熱し、該被記録材上の未定着トナー画像を溶融し定着する加熱定着装置における加熱定着部材および該加熱定着部材を具備した加熱定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式に用いられる加熱定着装置では、加熱ローラと他のローラとが圧接されているか、或いは、加熱装置を備えた加圧ステイに保持されたフィルムあるいはベルトとローラとが圧接されている。そして、加熱ローラ、フィルムあるいはベルトともう一方のローラとが同期的に回転する。未定着のトナー画像を保持した被記録材が、この圧接部に導入されて加熱され、未定着のトナー画像は溶融され、その後、冷却、固化することによって被記録材上に画像が定着される。
【０００３】
被記録材上に保持された未定着トナー画像が接する側のローラ、フィルムあるいはベルトは加熱定着部材と称し、その形態に応じて定着ローラ、定着フィルム、定着ベルト等と呼ばれている。
【０００４】
これら加熱定着部材は、一般的にその内側に熱源として、発熱機構を配されている。そして、内面側から熱供給され、加熱定着部材の最外面に接する被記録材を加熱する。
【０００５】
その加熱定着部材としては、基本的にローラ、フィルムあるいはベルト状の基材の上に耐熱性の弾性層が単層あるいは複層形成されたものが多い。
【０００６】
この弾性層は、シリコーンゴムやフッ素ゴムのような耐熱性ゴム材料から形成されることが多いが、これら耐熱性ゴム材料は熱伝導性に劣るため、熱源からの熱を被記録材に伝える際には熱抵抗となる。そこで、耐熱性ゴム材料に熱伝導性を上げるために、アルミナ、酸化亜鉛、炭化珪素などの熱伝導性の高い無機粒子を配合し、弾性層の伝熱性能を確保することが試みられ、ある程度効果があるが、近年の記録装置での高速化に対応するには不十分な点が有る。
【０００７】
そこで、特開２００２−２６８４２３号公報（特許文献１）では、加熱定着部材の弾性層用ゴムとしてシリコーンゴムを使用し、それに少量の気相法炭素繊維を配合して酸化劣化防止と熱伝導性の向上を試みる方法が提案されている。また、特開２００２−３５１２４３号公報（特許文献２）では、弾性層にカーボンファイバーを配合し、ローラの長手方向における熱伝導性を向上させ、長手方向の温度分布を改善し、均一な定着画像を得る方法も提案されている。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の方法では気相法炭素繊維の内部が中空状態となっているため、高速化に対応できる程度の熱伝導性は確保できていなかった。また、特許文献２の方法では、部材に対して長手方向にカーボンファイバーが配向しているため、長手方向の熱伝導性は充分に確保されているものの、厚み方向には伝熱性向上のための熱流路が形成されていないため、やはり充分な熱伝導性が確保できていなかった。その結果、いずれの場合も、定着装置内の圧接部で、被加熱体に対して与えられる熱量が不足し、高速化することによって圧接部滞留時間（デュエルタイム）が短くなった場合に、未定着のトナー画像が十分溶融されず、画像の光沢度（グロス）が不十分となるという問題があった。
【０００９】
近年、画像形成装置は高速化・小型化が図られ、加熱定着装置に対しては、デュエルタイムのより一層の短縮に対応できることが要求されており、加熱定着部材には熱源から被加熱体までの伝熱特性の更なる向上が望まれている。
【特許文献１】特開２００２−２６８４２３号公報
【特許文献２】特開２００２−３５１２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、弾性層の厚み方向の熱伝導性をさらに向上させ、被加熱体（被記録材）に対し効率的な熱供給を行うことができ、高速プリント時においても、高い光沢度を有する定着画像を得ることのできる加熱定着部材を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、均一な画像を得ることのできる加熱定着部材を提供することにある。
【００１２】
更に、本発明の目的は、デュエルタイムの短縮によっても、未定着のトナー画像に十分な熱を伝えることのできる高性能な加熱定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、弾性層を有するシームレスタイプの円筒型加熱定着部材であって、弾性層にカーボンファイバーを配し、該弾性層の厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする加熱定着部材を提供する。
【００１４】
更に、本発明は、上記の加熱定着部材を具備していることを特徴とする加熱定着装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の加熱定着部材は、弾性層が厚み方向に充分な熱伝導性を有しているため、ヒータから被加熱体への伝熱効果が向上しているので、高速プリント時においても、加熱定着装置の熱源における設定温度を大幅に上昇させることなく、定着画像の光沢性能の向上が達成される。また、弾性層中にカーボンファイバーの配向を阻害する成分（配向阻害成分）を配合させる場合には、弾性層の面内方向に配向しやすいカーボンファイバーをランダムに配向させ、弾性層へのカーボンファイバーの配合量を増やすことなしに厚さ方向への熱伝導率を向上させることができる。すなわち、弾性層中のカーボンファイバーの含有量が従来と同程度、つまり弾性層の硬度が高くなり過ぎないような範囲とした場合であっても、ヒータから弾性層表面への伝熱効率が向上し、高速プリント時においても、加熱定着装置の熱源における設定温度を大幅に上昇させることなしに定着画像における光沢性能の向上が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の加熱定着部材の層構成を示す部分断面図である図１において、１は耐熱性、機械的強度に優れる材料からなる基材であり、その上に弾性層２が形成されている。そして、さらに弾性層２上には必要により設けられる表層（離型層）３が形成されている。
【００１７】
基材１はロール状あるいはベルト状のシームレスタイプの円筒型のものであり、材質としては、耐熱性、機械的強度に優れる材質ならば特に制限はない。例えば、ロール状のものであれば、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル等の金属；ステンレス、真鍮等の合金；アルミナ、炭化珪素等のセラミックス等が使用される。ベルト状の部材に適する基材の材料としてはこれら材料の他に、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエステル、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂材料が挙げられる。なお、基材用の樹脂には金属粉末、導電性酸化物粉末、導電性カーボン等の導電性粉体を添加して導電性を付与しておいても良い。中でも、カーボンブラックを添加したポリイミドフィルムが好ましい。
【００１８】
弾性層２は、基材１の上に均一な厚みで形成されており、加熱定着部材として有用な任意の厚み・形状で用いることができる。そして、本発明では、耐熱性弾性材料２ａ中にカーボンファイバー２ｂが分散されて形成されていることが必須である（図１参照）。
【００１９】
耐熱性弾性材料２ａとしては、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性ゴム材料を用いることができる。シリコーンゴムを耐熱性弾性材料として用いる場合には、入手のしやすさ、加工しやすさの観点から、付加型シリコーンゴムが好まれる。なお、原料ゴムの硬化前にはその粘度が低すぎると加工時に液ダレが生じ、高すぎると混合・分散が困難になるため、０．１〜１０００Ｐａ・ｓ程度の原料ゴムが好まれ、５０〜５００Ｐａ・ｓの範囲にある原料ゴムが実用的に用いられる。
【００２０】
カーボンファイバー２ｂは弾性層の熱伝導性を確保するための充填剤としての役割を有しており、弾性材料中に分散することで熱流路を形成し、熱源側から被加熱体への効率的に熱供給が可能となる。また、カーボンファイバーは繊維形状を有しているため、硬化前の液状弾性材料と混練すると、成型する際に流れの方向、即ち面方向に配向し易い。この場合、弾性層の面方向の熱伝導性を高めることはできるものの、弾性層の厚み方向の熱伝導性を改善する効果は低くなってしまう。そのため、カーボンファイバーの配向性を押さえ、厚み方向への熱伝導性を向上させることが好ましい。本発明においては、カーボンファイバーを添加することに加え、カーボンファイバーの配向を阻害するために、図４の如く、シリカ、アルミナ、酸化鉄等の配向阻害成分２ｃを加えることが好ましい。配向阻害成分を用いることにより、カーボンファイバーを過度に増量することなく、弾性層の厚み方向の熱伝導性を高めることができる。また、弾性層には、熱安定剤、酸化防止剤等の耐熱性弾性材料の保護材を加えても良い。
【００２１】
カーボンファイバーの形状としては、熱流路を太く確保するという観点から、平均繊維直径Ｄが１μｍ以上であることが好ましく、熱流路を長く形成するという観点から平均繊維長Ｌが１μｍ以上であることが好ましい。また、成型時の配向性を緩和するために繊維長が１μｍ以上のカーボンファイバーにおいて、繊維長が１〜５０μｍの範囲にある繊維の個数が８０％以上が好ましく、さらに繊維長が１〜５０μｍの範囲にある繊維の個数が８０〜９５％であることが好ましい。すなわち、平均繊維直径Ｄを１μｍ以上にすることにより弾性層内の熱の流れを良くし、平均繊維長Ｌを１μｍ以上とすることにより、弾性層内の熱流路を長くすることで、弾性層の熱伝導率を向上させることができる。また、繊維長が１〜５０μｍにあるものの個数を８０％以上とすることで、弾性層成型時におけるカーボンファイバーの配向を緩和し、厚み方向の熱伝導率を向上させることができる。更に、繊維長が１〜５０μｍにあるものの個数を８０〜９５％とすることで弾性層が硬くなるのを効率的に防ぐことが可能となる。
【００２２】
このようなカーボンファイバーとして、その熱伝導性能から、石油ピッチや石炭ピッチを原料として製造されたピッチ系カーボンファイバーが好ましい。更には、純度が高く内部の黒鉛結晶構造が密に形成されている、真密度が２．１ｇ／ｃｍ３以上の値を有するものを用いることが好ましい。ピッチ系のカーボンファイバーを用いると弾性層内の熱流路における熱伝導性能が向上する。一般的には真密度が１．５〜２．０ｇ／ｃｍ３程度であるものが市場には多く出回っているが、本発明では、特に、炭素結晶構造が緻密化された、真密度が２．１ｇ／ｃｍ３以上であるカーボンファイバーを用いると、弾性層内の熱流路における熱伝導性能をさらに向上させることが可能となる。なお、カーボンファイバーの真密度は、例えば、乾式自動密度計（商品名：アキュピック１３３０−１、（株）島津製作所製）等を用いることで測定可能である。
【００２３】
カーボンファイバーと共に配合される配向阻害成分２ｃとしては、金属酸化物（例えば、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、石英）、金属窒化物（例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム）、金属炭化物（例えば、炭化珪素）、金属水酸化物（例えば、水酸化アルミニウム）を例示することができる。そして、これらを、紛状、粒状、繊維状、鱗片状、球状、針状、ウィスカー状、テトラポット状で用いることができる。その中でも、高い熱伝導性や形状の均一性、弾性材料（例えば、シリコーンゴム）への配合のしやすさなどから、粒状の酸化アルミニウム（アルミナ）を用いることがより好ましい。
【００２４】
なお、カーボンファイバーの配向阻害を効果的に行うには、アルミナ粒子等の配向阻害成分の重量平均粒径をＲ（μｍ）、カーボンファイバーの平均繊維直径をＤ（μｍ）と表した時、０．５≦Ｒ／Ｄ≦１０の関係にあることが好ましい。配向阻害成分の重量平均粒径Ｒを上記の関係を満たすようにすることにより、カーボンファイバーの配向を阻害するために粒子を多量に充填する必要がなく、またカーボンファイバーによる伝熱路を良好に確保することができる。すなわち、カーボンファイバーの平均繊維直径Ｄと配向阻害成分の重量平均粒径Ｒを上述の関係とすることで、より低硬度な弾性層を形成することが可能になり、良好な画像均一性を確保しつつも、弾性層成型時におけるカーボンファイバーの配向をより緩和し、厚み方向への熱伝導性を効果的に向上させることができる。
【００２５】
配向阻害成分の重量平均粒径Ｒは、例えば、レーザー光回折式粒度分布測定装置（商品名：ＳＡＬＤ−７０００、（株）島津製作所製）を用いて測定することができる。また、カーボンファイバーの平均繊維直径Ｄは、例えば、フロー式粒子像解析装置（商品名：ＦＰＩＡ−３０００、シスメックス（株）製）で測定することができる。
【００２６】
また、カーボンファイバーと配向阻害成分との配合量については、その合計の体積充填率が弾性材料の体積に対して２０〜６０％であることが好ましい。これにより、弾性層の硬度の上昇を防ぎつつ、弾性層の厚さ方向に十分な熱伝導性を付与することができる。
【００２７】
カーボンファイバーの個数分布の確認方法としては、走査型電子顕微鏡を用い、任意の視野角内に含まれる、繊維長が１μｍ以上のものについて、１０００個体以上について繊維長を計測することで確認可能である。また、弾性材料中に含まれているカーボンファイバーの個数分布を確認する方法は以下の通りである。即ち、カーボンファイバーを含有する弾性層の試料片をアルミ容器に入れた状態でマッフル炉に入れ、５００℃で１時間加熱し、その後、アルミ容器中の残渣を取り出し、メチルエチルケトン中で超音波攪拌・濾過し、濾物中に含まれるカーボンファイバーについて同様に走査型電子顕微鏡で計測することで確認が可能である。なお、本発明では撮影画像からの計測作業をＭｅｄｉａ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製の画像解析ソフトＩｍａｇｅ−Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ（商品名）を用いた。弾性材料中に含まれているカーボンファイバーと配向阻害成分の配合量に関しても上記の方法で、走査型電子顕微鏡を用いて確認することができる。
【００２８】
弾性層２の形成方法としては特に限定はされないが、一般には型成型、コート成型等の成型方法が用いることができる。また、特開２００３−１９０８７０号公報や特開２００４−２９０８５３号公報に開示されているリングコート法によることも可能であり、これらの方法によりシームレス形状で形成することができる。なお、弾性層の厚さとしては０．０５〜５ｍｍが好ましく、例えば２ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２９】
弾性層は、定着画像の均一性を確保する観点から、ＪＩＳ  Ｋ７３１２やＳＲＩＳ０１０１規格に準じたＡＳＫＥＲ−Ｃ型硬度計（商品名、高分子計器（株）製）を用いて測定した硬度（以下ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度と記載）で、１〜５０度にあるものが好ましい。弾性層のＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度をこの範囲にすることにより、加熱定着部材の弾性層が被記録材やトナー像の凹凸への追従が容易となり、十分な画像均一性が確保できる。なお、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度を測定するのに充分な厚みが確保できない試料では、弾性層だけを切り出し、すうまいを重ねて測定することで測定する。
【００３０】
また、弾性層の厚み方向の熱伝導率に関して、定常法熱伝導率測定装置  ＡＵＴＯΛ  ＨＣ−１１０（商品名、英弘精機（株）製）で測定することができる。この際、２５±２℃に上下のプレート温度を設定し、必要があれば空隙ができないように数枚を重ね合わせて、試料厚みが６ｍｍ以上になるように試料をセットして測定する。なお、弾性層の熱伝導率は上下プレートで計測された値の平均値を採用する。
【００３１】
本発明の加熱定着部材における弾性層は、上記により測定したときに、厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが必須である。さらに好ましくは、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。弾性層の厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることにより高速プリント時においても良好な光沢性能が達成でき、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましい。
【００３２】
離型層３は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等で形成される事が多いが、離型性の観点からフッ素樹脂が好ましい。その形成方法も特に限定されるものではないが、一般的にはシームレスチューブ状に成型された離型層材料で弾性層２を被覆する方法、材料の微粒子やそのディスパージョン液を弾性層２の外面にコートし、加熱溶融し成膜して離型層を形成する方法が挙げられる。また、離型層の厚みも特に限定されるものではないが、５〜１００μｍが好ましい。
【００３３】
さらに、各層の間には接着、通電等の目的によりプライマー層や接着層が形成されていても良い。また、各々の層は本発明の範囲内において多層構成となっても良い。また、加熱定着部材の内面や外面に摺動性、熱吸収性、発熱性、離型性等の目的でここに示した以外の層が形成されていても良く、特にベルト形状の場合、基層の内面には摺動性を向上するためにポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素樹脂等の層を設けることがある。これらの層を形成する順は特に限定されておらず、それぞれの工程等の都合により適宜入れ替えて行っても良い。
【００３４】
以下、本発明の加熱定着部材を具備する加熱定着装置について説明する。
【００３５】
図２には、加熱定着部材として、ローラ形状の加熱定着部材を用いた加熱定着装置の模式断面図を示す。
【００３６】
この加熱定着装置は、加熱定着部材である定着ローラ１１と、これに圧接された加圧ローラ１２とからなる１対の回転するローラからなり、そのローラ間にニップが形成されている。また、これらローラには熱源となる加熱ヒータ１３がそれぞれ内蔵されている。このような加熱定着装置において、例えば、定着ローラ１１および加圧ローラがともに外径が６０ｍｍで互いに一定の圧力で押圧するような場合には、通常、ニップ幅は５〜１０ｍｍに設定される。
【００３７】
定着ローラ１１側には表面に離型剤としてシリコーンオイル等を塗布するオイル塗布装置や定着ローラ表面に付着したオフセットトナーや紙粉等の付着物を除去するクリーニング装置、温度制御を行う温調素子等が設置されていても良い。
【００３８】
未定着トナーＴにて画像が形成された面を定着ローラ１１側にして、一定の温度に温調された定着ローラ１１と加圧ローラ１２によって形成される圧接部に被加熱体となる被記録材Ｐを搬送し、トナーを加熱、加圧し、被記録材Ｐ上に定着する。
【００３９】
なお、定着ローラ１１は、基材として円筒状のアルミニウム等の金属製芯金１４があり、さらに弾性層１５が設けられている。弾性層１５の上には、必要に応じて厚みが５０μｍ程度であるフッ素樹脂等の離型層を設けても良い。また、このようなローラ状の加熱定着部材とする場合には、芯金としては、２ｍｍ程度の厚みを有するものを用いることができ、ローラ外径として６０ｍｍ程度とすることができる。
【００４０】
一方、加圧ローラ１２も定着ローラと同様にアルミニウム等の金属製芯金上に弾性層、必要に応じて離型層が形成されたものからなっている。すなわち、加圧ローラ１２は定着ローラ１１と同じであってよい。
【００４１】
図３には、ベルト形状の加熱定着部材を用いた加熱定着装置の模式断面図を示す。
【００４２】
この加熱定着装置において、加熱定着部材としてのシームレス形状の定着ベルト２１は加圧部材２５との間で定着ニップ部２６を形成している。そして、定着ベルト２１の内部には、定着ベルト２１を保持するために耐熱性・断熱性の樹脂あるいはセラミックによって成型された、ベルトガイド部材２２が設けられており、このベルトガイド部材２２と定着ベルト２１の内面とが接触する位置にセラミックヒータ等の熱源２３が備えられている。この熱源２３はベルトガイド部材２２の長手方向に沿って設けられた溝部に嵌入して固定支持されており、通電されることで発熱させる。そして、シームレス形状の定着ベルト２１はベルトガイド部材２２にルーズに外嵌している。加圧用剛性ステイ２４はベルトガイドの２２内側に挿通してある。
【００４３】
なお、加熱定着ベルト２１は、ベルト基材２１ａの外面に弾性層２１ｂが形成され、さらにその外面に離型層としてフッ素樹脂チューブ２１ｃを被覆したものである。
【００４４】
加圧部材２５は、弾性加圧ローラであり、通常、ステンレス等で製造された棒状の芯金２５ａにシリコーンゴム等の弾性層２５ｂを設けて硬度を下げたもので、芯金２５ａの両端部を手前側と奥側のシャーシ側板（不図示）との間に回転自由に軸受けさせている。弾性加圧ローラは、表面性および離型性を向上させるために通常、表層２５ｃとして、５０μｍ程度のフッ素樹脂チューブが被覆されている。加圧用剛性ステイ２４の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材（不図示）との間にそれぞれ加圧バネ（不図示）を縮設することで、加圧用剛性ステイ２４には、押し下げ力が付与されている。これによってベルトガイド部材２２の下面に配設したセラミックヒータ２３の下面と加圧部材２５の上面とが定着ベルト２１を挟んで圧接して上述の定着ニップ部２６が形成される。
【００４５】
この定着ニップ部２６に未定着トナーＴによって画像が形成された被加熱体となる被記録材Ｐを挟持搬送させることで、トナー画像を加熱、加圧し、被記録材上に定着する。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例により本発明を説明する。
【００４７】
まず、以下の実施例、比較例で使用するカーボンファイバーおよび充填材を示す。
【００４８】
〔充填材〕
・０１Ｍ：ピッチ系カーボンファイバー、商品名：ＸＮ−１００−０１Ｍ、日本グラファイトファイバー（株）製、平均繊維直径Ｄ：５μｍ、平均繊維長Ｌ：１０μｍ、繊維長１〜５０μｍのものの個数割合：１００％、真密度：２．１ｇ／ｃｍ３。
・１５Ｍ：ピッチ系カーボンファイバー、商品名：ＸＮ−１００−１５Ｍ、日本グラファイトファイバー（株）製、平均繊維直径Ｄ：１０μｍ、平均繊維長Ｌ：１５０μｍ、繊維長１〜５０μｍのものの個数割合：７０％、真密度：２．２ｇ／ｃｍ３。
・２５Ｍ：ピッチ系カーボンファイバー、商品名：ＸＮ−１００−２５Ｍ、日本グラファイトファイバー（株）製、平均繊維直径Ｄ：１０μｍ、平均繊維長Ｌ：２５０μｍ、繊維長１〜５０μｍのものの個数割合：１０％、真密度：２．２ｇ／ｃｍ３。
・Ａ１０Ｓ：高純度真球状アルミナ、商品名：アルナビーズ  ＣＢ−Ａ１０Ｓ、昭和タイタニウム（株）製、重量平均粒径Ｒ：１０μｍ。
【００４９】
実施例１
両末端ビニル化ポリジメチルシロキサン（重量平均分子量６８０００（ポリスチレン換算））に対し、ＳｉＨ結合を１分子中に少なくとも２個以上有する、ハイドロジェンオルガノポリシロキサンを、ＳｉＨ基とビニル基が２：１の割合になるように、配合し、触媒の白金化合物を加えて、原液粘度６．５Ｐａ・ｓ（Ｖ型回転粘度計、ローターＮｏ．４、６０ｒｐｍにて測定）となる付加硬化型シリコーンゴム原液を得た。
【００５０】
この付加硬化型シリコーンゴム原液に対し、ピッチ系カーボンファイバー０１Ｍを体積比率で３１．１％、およびピッチ系カーボンファイバー２５Ｍを体積比率で８．９％の割合になるように均一に配合・混練して、シリコーンゴム組成物１を得た。このシリコーンゴム組成物１に含まれるカーボンファイバーの平均繊維直径Ｄは６μｍであり、繊維長が１〜５０μｍのものの個数割合は８０％であった。
【００５１】
このシリコーンゴム組成物１を、ＳＵＳ３０４で形成されたベルト基材（厚み３５μｍ、内径２４ｍｍ）の外面にリングコート法で３００μｍの厚みで塗工し、２００℃で４時間加熱硬化して、弾性層を形成した。さらにこの外面に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）チューブ（厚み３０μｍ）を被覆し、両端部を切断して、長手方向の長さ２３０ｍｍの加熱定着部材１を得た。
【００５２】
なお、別途、上記と同様にしてベルト基材上に弾性層を形成した。この弾性層を切り出し、厚みが６ｍｍ以上になるように複数枚を重ね合わせた状態で測定したＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度は３５度であった。また、この切り出した弾性層の厚み方向の熱伝導率も測定したところ、２．３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。結果を表１に示した。
【００５３】
実施例２〜９及び比較例１〜２
カーボンファイバー又は充填材として下記表１に示したものを、表１にしめす充填量で用いた以外は、実施例１と同様にして加熱定着部材２〜９（実施例）及び１０、１１（比較例）を作製した。シリコーンゴム組成物中のカーボンファイバーの平均繊維直径Ｄ、平均繊維長Ｌ、繊維長が１〜５０μｍであるものの個数割合、および加熱定着部材の弾性層のＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度と厚み方向の熱伝導率を測定した。その結果を表１に示す。
【００５４】
比較例３及び４
充填材として下記表１に示したものを、表１にしめす充填量で用いた以外は、実施例１と同様にして加熱定着部材１２及び１３を作製した。加熱定着部材１２、１３に係る弾性層のＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度と厚み方向の熱伝導率を測定した。その結果を表１に示す。
【００５５】
＜性能評価＞
性能評価には、図３に示した加熱定着装置の定着ベルトとして上記で作製した加熱定着部材を組み込んだ加熱定着装置を、カラーレーザープリンタ（商品名：ＬＢＰ−２４１０、キヤノン株式会社製）に組み込んだものを使用した。なお、加圧部材は外径が２４ｍｍ、弾性層の厚さが３ｍｍのものを使用した。
【００５６】
加圧部材を表面の移動スピードが２００ｍｍ／ｓｅｃとなるように、矢印の方向に回転させた状態で、セラミックヒータに通電を開始し、定着ニップ部から上流側９０°の位置での加熱定着部材の外表面温度を放射型温度計（不図示）でモニターし、セラミックヒータに投入する電力のオン−オフのタイミングを調整して、外表面温度を１８０℃で安定させた。
【００５７】
上記のプリンタを用いて、Ａ４サイズのプリント用紙（商品名：ＰＢ  ＰＡＰＥＲ  ＧＦ−５００、キヤノン株式会社製、６８ｇ／ｍ２）にシアントナーとマゼンタトナーを用いてほぼ全面に１００％濃度で画像を形成して、評価用画像とした。得られた画像を用いて、下記方法によって光沢度（７５°グロス値）および光沢度均一性を評価した。表１にこれらの評価結果を示す。
【００５８】
＜光沢度＞
日本電色株式会社製の光沢度計ＰＧ−３Ｄ（入射・反射角度＝７５°）を用いて、光沢度９６．９の黒色ガラスを基準とし、評価画像の通紙方向先端から５ｃｍの位置における中心部で光沢度（７５°グロス値）を測定した。
【００５９】
＜光沢度均一性＞
５人の被験者により光沢ムラが観察されるか否かを目視で判断し、下記基準で評価した。
Ａ：５人全員が「光沢ムラが少ない」と判断した。
Ｂ：４人が「光沢ムラが少ない」と判断した。
Ｃ：３人が「光沢ムラが少ない」と判断した。許容範囲である。
Ｄ：「光沢ムラが少ない」と判断した人数が２人以下だった。
【００６０】
【表１】
2006259712.tif 000003
【００６１】
加熱定着部材１（実施例１）では、繊維長が１〜５０μｍの範囲にある比較的短いカーボンファイバーが弾性層内であまり配向せずに充填され、一方、繊維長が５０μｍ以上の比較的長いカーボンファイバーが弾性層内で長い伝熱路を形成している。これにより比較的少ない充填量で高熱伝導率が達成されており、且つ、弾性層の硬度の上昇も抑えられている。その結果、弾性層における厚み方向の熱伝導率が２．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）と極めて高くなり、被加熱体並びにトナー画像に対し十分に熱を供給でき、その結果、優れた光沢性能を発現している。さらに弾性層の硬度も十分に柔らかいため、被加熱体やトナー画像の表面の凹凸に追従し、被加熱体全面で極めて良好な光沢度の均一性が確保できた。
【００６２】
加熱定着部材２（実施例２）では、カーボンファイバーの繊維長の分布はそのままにして、配合量を半分にして、加熱定着部材１に較べ、弾性層の柔軟性を向上させたものである。弾性層の厚み方向の熱伝導率は１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と十分であり、光沢性能、特に光沢度均一性について極めて良好な結果が得られた。
【００６３】
加熱定着部材３（実施例３）では、弾性層の厚み方向の熱伝導率が１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度も２７度と柔軟で、十分な光沢性能と極めて良好な光沢度均一性を得た。
【００６４】
加熱定着部材４（実施例４）では、弾性層の厚み方向の熱伝導率が２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と極めて高く、十分な柔軟性を有する結果、優れた光沢性能と極めて良好な光沢度均一性を確保できた。
【００６５】
加熱定着部材５（実施例５）では、加熱定着部材４には及ばなかったものの十分に優れた光沢性能が得られ、極めて良好な光沢度均一性が得られた。
【００６６】
加熱定着部材６（実施例６）では、繊維長が１〜５０μｍの範囲にあるものが１００％と比較的短いもののみからなるカーボンファイバーを用いた結果、使用した量が少ないにもかかわらず、弾性層の柔軟性が加熱定着部材１〜５程にならなかったものの、良好な結果であった。
【００６７】
加熱定着部材７（実施例７）では、加熱定着部材６に比して弾性層中のカーボンファイバーの充填量を減少させ、弾性層の低硬度化を図り、極めて良好な光沢度均一性を達成した。
【００６８】
加熱定着部材８（実施例８）および加熱定着部材９（実施例９）でも、弾性層中にカーボンファイバーを配合することにより、厚み方向の熱伝導率１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を確保し、良好な光沢性能を確保しつつも許容範囲内の光沢度均一性を確保している。
【００６９】
一方、加熱定着部材１０（比較例１）および加熱定着部材１１（比較例２）では、弾性層中に熱流路となるカーボンファイバーの添加量が少ないため、厚み方向の熱伝導率が十分確保されておらず、その結果、十分な光沢性能を確保することができなかった。
【００７０】
また、比較例３で作成した加熱定着部材１２を用いた場合には、所望の光沢性能を得るため、弾性層にアルミナ粒子を５０％の充填割合で添加したものであるが、硬度が高くなりすぎたため、被加熱体やトナー画像の表面の凹凸に追従できず、光沢ムラが発生してしまった。
【００７１】
さらに、加熱定着部材１３（比較例４）では、弾性層におけるアルミナ粒子の充填割合を３０％と減少させて低硬度化をはかり、光沢ムラの低減を試みたものであるが、充填量を減らしたことに伴い熱伝導率が低下したため、十分な光沢性能を確保することができなかった。
【００７２】
以下の実施例、比較例で使用するカーボンファイバーおよび配向阻害成分を示す。
【００７３】
〔カーボンファイバー〕
・２５Ｍ：ピッチ系カーボンファイバー、商品名：ＸＮ−１００−２５Ｍ、日本グラファイトファイバー（株）製、平均繊維直径Ｄ：１０μｍ、平均繊維長Ｌ：２５０μｍ、繊維長１〜５０μｍのものの個数割合：１０％、真密度：２．２ｇ／ｃｍ３。
・１５Ｍ：ピッチ系カーボンファイバー、商品名：ＸＮ−１００−１５Ｍ、日本グラファイトファイバー（株）製、平均繊維直径Ｄ：１０μｍ、平均繊維長Ｌ：１５０μｍ、繊維長１〜５０μｍのものの個数割合：７０％、真密度：２．２ｇ／ｃｍ３。
・１０Ｍ：ピッチ系カーボンファイバー、商品名：ＸＮ−１００−１０Ｍ、日本グラファイトファイバー（株）製、平均繊維直径Ｄ：１０μｍ、平均繊維長Ｌ：１００μｍ、繊維長１〜５０μｍのものの個数割合：８０％、真密度：２．２ｇ／ｃｍ３。
・０５Ｍ：ピッチ系カーボンファイバー、商品名：ＸＮ−１００−０５Ｍ、日本グラファイトファイバー（株）製、平均繊維直径Ｄ：１０μｍ、平均繊維長Ｌ：５０μｍ、繊維長１〜５０μｍのものの個数割合：９０％、真密度：２．２ｇ／ｃｍ３。
・０１Ｍ分級：ピッチ系カーボンファイバー（商品名：ＸＮ−１００−０１Ｍ、日本グラファイトファイバー（株）製、平均繊維直径Ｄ：５μｍ、平均繊維長Ｌ：１０μｍ、繊維長１〜５０μｍのものの個数割合：１００％、真密度：２．１ｇ／ｃｍ３）を分級して得た、平均繊維直径Ｄ：３μｍ、平均繊維長Ｌ：５μｍ、繊維長１〜５０μｍのものの個数割合：１００％、真密度２．１ｇ／ｃｍ３。
【００７４】
〔配向阻害成分〕
・Ａ５０Ｓ：酸化アルミニウム粒子、商品名：高純度真球状アルミナ・アルナビーズ  ＣＢ−Ａ５０Ｓ、昭和タイタニウム（株）製、重量平均粒径Ｒ：５０μｍ。
・Ａ３０Ｓ：酸化アルミニウム粒子、商品名：高純度真球状アルミナ・アルナビーズ  ＣＢ−Ａ３０Ｓ、昭和タイタニウム（株）製、重量平均粒径Ｒ：３０μｍ。
・Ａ１０Ｓ：酸化アルミニウム粒子、商品名：高純度真球状アルミナ・アルナビーズ  ＣＢ−Ａ１０Ｓ、昭和タイタニウム（株）製、重量平均粒径Ｒ：１０μｍ。
・Ａ５０Ｓ分級：酸化アルミニウム粒子Ａ５０Ｓを分級して得た重量平均粒径Ｒ：４５μｍのもの。
・Ａ１０分級：酸化アルミニウム粒子（商品名：高純度真球状アルミナ・アルナビーズ  ＣＢ−Ａ１０、昭和タイタニウム（株）製、重量平均粒径Ｒ：１０μｍ）を分級して得た重量平均粒径Ｒ：５μｍのもの。
・Ａ０５Ｓ分級３：酸化アルミニウム粒子（商品名：高純度真球状アルミナ・アルナビーズ  ＣＢ−Ａ０５Ｓ、昭和タイタニウム（株）製、重量平均粒径Ｒ：３μｍ）を分級して得た重量平均粒径Ｒ：３μｍのもの。
・Ａ０５Ｓ分級２：酸化アルミニウム粒子（商品名：高純度真球状アルミナ・アルナビーズ  ＣＢ−Ａ０５Ｓ、昭和タイタニウム（株）製、重量平均粒径Ｒ：３μｍ）を分級して得た重量平均粒径Ｒ：２μｍのもの。
・ＷＺ：酸化亜鉛ウィスカー、商品名：パナテトラ  ＷＺ−０５０１、松下アムテック（株）製、重量平均粒径Ｒ：２５μｍ。
【００７５】
実施例１０
両末端ビニル化ポリジメチルシロキサン（重量平均分子量６８０００（ポリスチレン換算））に対し、ＳｉＨ結合を１分子中に少なくとも２個以上有する、ハイドロジェンオルガノポリシロキサンを、ＳｉＨ基とビニル基が２：１の割合になるように、配合し、触媒の白金化合物を加えて、原液粘度６．５Ｐａ・ｓ（Ｖ型回転粘度計、ローターＮｏ．４、６０ｒｐｍにて測定）となる付加硬化型シリコーンゴム原液を得た。
【００７６】
この付加硬化型シリコーンゴム原液に対し、カーボンファイバー１５Ｍを体積比率で３０％、さらに、酸化アルミニウム粒子Ａ５０Ｓを体積比率で２０％の割合になるように均一に配合し、混練して、シリコーンゴム組成物を得た。
【００７７】
このシリコーンゴム組成物を、ＳＵＳ３０４で形成されたベルト基材（厚み３５μｍ、内径２４ｍｍ）の外面にリングコート法で３００μｍの厚みで塗工し、２００℃で４時間加熱硬化して、弾性層を形成した。さらにこの外面に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）チューブ（厚み３０μｍ）を被覆し、両端部を切断して、長さ２３０ｍｍの加熱定着部材１５を得た。
【００７８】
なお、別途上記同様にしてベルト基材上に弾性層を形成し、フッ素樹脂チューブを重ねる前の加熱定着部材を作製し、弾性層を切り出し、厚みが６ｍｍ以上になるように複数枚を重ね合わせた状態で測定したＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度は３９度であった。また、この切り出した弾性層の厚み方向の熱伝導率も測定したところ、２．２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。結果を表２に示した。
【００７９】
実施例１１〜１６、比較例５〜８
カーボンファイバーおよび配向阻害成分として表２に示したものを表２に示す量配合した以外は、実施例１０と同様にして、シリコーンゴム組成物を調製し、さらに加熱定着部材１６〜２５を作成した。これらの加熱定着部材の弾性層のＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度および熱伝導率も測定し、それらを表２に示した。
【００８０】
上記の実施例１０〜１６及び比較例５〜８の加熱定着部材に関して、実施例１と同様にして評価を行った。評価結果を表２に示す。
【００８１】
【表２】
2006259712.tif 000004
【００８２】
加熱定着部材１５（実施例１０）では、カーボンファイバーおよびアルミナ粒子の配合および繊維直径と粒径との関係（Ｒ／Ｄ＝５）が適正であり、アルミナ粒子がカーボンファイバーの配向を効果的に抑制し、弾性層の厚み方向の熱伝導率が２．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と極めて高くなったと考えられる。これにより、被加熱体およびトナーに対し十分に熱を供給でき、その結果、優れた光沢性能を発現することができた。また、弾性層も硬度が小さく、十分に柔らかいため、被加熱体やトナー画像の表面の凹凸に追従し、その結果、被加熱体全面で極めて良好な光沢度均一性が確保できたことがわかった。
【００８３】
加熱定着部材１６（実施例１１）では、カーボンファイバーおよびアルミナ粒子の形状および合計の体積充填率は加熱定着部材１５と同じではあるが、配合割合を変更した結果、厚み方向の熱伝導率は２．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）と十分に高くなり、光沢性能についても優れたレベルであり、弾性層も十分に柔らかく、被加熱体全面での光沢度均一性も極めて良好であった。
【００８４】
加熱定着部材１７（実施例１２）では、Ｒ／Ｄ＝３の関係にあるアルミナ粒子とカーボンファイバーを上記のように配合しているので、若干厚み方向の熱伝導率（１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ））が小さくなったが、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度は３５度であり、得られた画像も十分に優れた光沢性能が達成され、極めて良好な光沢度均一性を得ている。
【００８５】
加熱定着部材１８（実施例１３）では、Ｒ／Ｄ＝１の関係にあるアルミナ粒子とカーボンファイバーを表２のように配合しているので、熱伝導を担保する充填材がすくなくなり、厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）とやや小さくなったが、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度は３０度と十分に小さく、熱伝導性と柔軟性の関係から、優れた光沢性能と極めて良好な光沢度均一性を確保できている。
【００８６】
加熱定着部材１９（比較例５）および加熱定着部材２０（比較例６）では、いずれも厚み方向の熱伝導率が所望の値に達しなかった。また、光沢性能に関しても低下した。
【００８７】
加熱定着部材２１（実施例１４）は、配合したカーボンファイバーとアルミナ粒子が望ましい関係（０．５≦Ｒ／Ｄ≦１０）から外れた範囲（Ｒ／Ｄ＝０．３）にあるものを用いたので、アルミナ粒子とシリコーンゴムとの界面面積が増加し、その結果、弾性層の柔軟性が加熱定着部材１５〜２０に及ばなかった。しかし、熱伝導率が高いため、光沢性能については優れた結果が得られ、光沢度均一性評価においても許容内であった。
【００８８】
加熱定着部材２２（実施例１５）おいても、Ｒ／Ｄ＝１５と、カーボンファイバーとアルミナ粒子が望ましい関係（０．５≦Ｒ／Ｄ≦１０）から外れた範囲にあり、カーボンファイバーとシリコーンゴムの界面面積が増加し、その結果、弾性層の柔軟性が加熱定着部材１５〜２０に及ばなかった。しかし、光沢性能については十分なレベルであり、光沢度均一性評価においても許容内であった。
【００８９】
加熱定着部材２３（比較例７）および加熱定着部材２４（比較例８）を用いた場合においても、カーボンファイバーとアルミナ粒子の関係が０．５≦Ｒ／Ｄ≦１０から外れた範囲にあり、表２のように配合することによって、弾性層の熱伝導率が所望の値に達しなかった。また、光沢性能に関しても低下した。
【００９０】
加熱定着部材２５（実施例１６）では、カーボンファイバー配向阻害成分として、テトラポット形状の酸化亜鉛ウィスカー（ＷＺ）を用いたが、弾性層の熱伝導率および柔軟性は所望のレベルを確保し、十分に優れた光沢性能と良好な光沢度均一性を実現している。
【００９１】
以上、実施例、比較例に見られるように、カーボンファイバーを配合し、厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である弾性層を有するシームレスタイプの加熱定着部材は、加熱定着装置の加熱定着部材として、高速プリント時における定着画像の高い光沢性能を確保しつつ、良好な画像均一性を達成できる。
【００９２】
更には、カーボンファイバーの配合を調整することで、より高い熱伝導性を有し、且つ、より低硬度の弾性層を設計することが可能となり、優れた光沢性能と画像均一性を同時に達成できる加熱定着装置を得ることができる。
【００９３】
また、カーボンファイバーと共に配向阻害成分を配合させて、カーボンファイバーの配向を阻害することにより、さらに良好な光沢性能を有する画像が得られる加熱定着装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】加熱定着部材の層構成を示す部分断面図である。
【図２】ローラ形状の加熱定着部材を用いた加熱定着装置の模式断面図である。
【図３】ベルト形状の加熱定着部材を用いた加熱定着装置の模式断面図である。
【図４】加熱定着部材の層構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１      基材
２      弾性層
２ａ    耐熱性弾性材料
２ｂ    カーボンファイバー
２ｃ    配向阻害成分
３      表層（離型層）
１１    定着ローラ
１２    加圧ローラ
１３    加熱ヒータ
１４    金属製芯金
１５    弾性層
２１    定着ベルト
２１ａ  ベルト基材
２１ｂ  弾性層
２１ｃ  フッ素樹脂チューブ
２２    ベルトガイド部材
２３    熱源（セラミックヒータ）
２４    加圧用剛性ステイ
２５    加圧部材
２５ａ  ステンレス芯金
２５ｂ  シリコーンゴム弾性層
２５ｃ  表層
２６    定着ニップ部
Ｔ      未定着トナー
Ｐ      被記録材
【図１】
2006259712.tif 000005
【図２】
2006259712.tif 000006
【図３】
2006259712.tif 000007
【図４】
2006259712.tif 000008