(57)【要約】【課題】コバ削れといった耐摩耗性を損なうことなく、様々な表面凹凸性の紙種において、定着画像のモトルを低減する。【解決手段】対向部材４４との間でニップ部Ｔを形成し記録材Ｐの画像担持面に接して記録材を挟持搬送して加熱加圧する回転可能な定着部材４１であって、少なくとも表層４１ａと弾性層４１ｂと基層４１ｃの３層を有し、表層のヤング率をＥｓ（ＭＰａ）、弾性層のヤング率をＥｒ（ＭＰａ）、表層の厚さをｔｓ（μｍ）、としたときに、Ｐｍａｘ＝０．９２×ｅｘｐ（０．００９０×（０．５９＋１．６Ｅｓ＋１８Ｅｒ＋７．３ｔｓ））、Ｄｕ＝ｔｓ×Ｅｓ／（（５．６＋０．２３Ｅｓ＋（−５．３）Ｅｒ＋０．９ｔｓ）×２７）と表現されるピーク圧Ｐｍａｘ（ＭＰａ）および耐久指数Ｄｕが、それぞれ、Ｐｍａｘ≦４．１、Ｄｕ≧１．０を満たすことを特徴とする定着部材。【選択図】図４
2015161724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向部材とニップ部を形成し記録材の画像担持面に接して記録材を前記ニップ部にて挟持搬送して加熱加圧する回転可能な定着部材であって、
少なくとも表層と弾性層と基層の３層を有し、前記表層のヤング率をＥｓ（ＭＰａ）、前記弾性層のヤング率をＥｒ（ＭＰａ）、前記表層の厚さをｔｓ（μｍ）、としたときに、
Ｐｍａｘ＝０．９２×ｅｘｐ（０．００９０×（０．５９＋１．６Ｅｓ＋１８Ｅｒ＋７．３ｔｓ））
Ｄｕ＝ｔｓ×Ｅｓ／（（５．６＋０．２３Ｅｓ＋（−５．３）Ｅｒ＋０．８９ｔｓ）×２７）
と表現されるピーク圧Ｐｍａｘ（ＭＰａ）および耐久指数Ｄｕが、それぞれ、
Ｐｍａｘ≦４．１
Ｄｕ≧１．０
を満たすことを特徴とする定着部材。
【請求項２】
前記弾性層の厚さをｔｒとしたとき、ｔｒ≧１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の定着部材。
【請求項３】
エンドレスベルトの形態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着部材。
【請求項４】
ローラの形態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着部材。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の定着部材と、前記定着部材とニップ部を形成する対向部材と、を有し、画像を担持した記録材を前記ニップ部にて挟持搬送して加熱加圧することを特徴とする画像加熱装置。
【請求項６】
前記定着部材の内部に加熱体を有することを特徴とする請求項５に記載の画像加熱装置。
【請求項７】
前記対向部材が回転可能なローラであることを特徴とする請求項５又は６に記載の画像加熱装置。
【請求項８】
前記対向部材が回転可能なエンドレスベルトであることを特徴とする請求項５又は６に記載の画像加熱装置。
【請求項９】
前記対向部材が非回転の部材であることを特徴とする請求項５又は６に記載の画像加熱装置。
【請求項１０】
請求項５乃至９の何れか一項に記載の画像加熱装置を有す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、記録材上の画像を加熱加圧する定着部材に関する。また、当該定着部材を有する画像加熱装置、及び当該画像加熱装置を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の電子写真方式の画像形成装置においては、記録材上の未定着トナー像を画像加熱装置としての定着装置で加熱加圧して定着する場合の定着画像の高画質化への要求が高まっている。
【０００３】
画質を特徴付ける項目としては、色域やグロス、ガサツキやモトル（濃度ムラと光沢ムラが発生する現象）などがある。これらの中でも、モトルは画質品位を大きく低下させるため、課題とされている。例えば、表面の凹凸が大きい記録用紙においては、中間調部からベタ画像にかけてモトルが顕著に発生し、高画質化を妨げる要因となる。
【０００４】
こうした課題を解決するため、特許文献１には、定着部材の表層に架橋密度を下げたゴムを用い、これにより紙繊維への凸凹追従性を高めてモトルを低減して高画質な画像を得ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１６５５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載される技術においては、定着部材の表面層（ゴム）を柔軟化することで、ゴム強度が低下するため、無機充填物の脱落などが発生し、十分な耐摩耗性（耐久性）が得られないという課題がある。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、コバ削れといった耐摩耗性を損なうことなく、様々な紙種の記録材において、定着画像のモトルを低減することができる定着部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明に係る定着部材の代表的な構成は、対向部材とニップ部を形成し記録材の画像担持面に接して記録材を前記ニップ部にて挟持搬送して加熱加圧する回転可能な定着部材であって、少なくとも表層と弾性層と基層の３層を有し、前記表層のヤング率をＥｓ（ＭＰａ）、前記弾性層のヤング率をＥｒ（ＭＰａ）、前記表層の厚さをｔｓ（μｍ）、としたときに、
Ｐｍａｘ＝０．９２×ｅｘｐ（０．００９０×（０．５９＋１．６Ｅｓ＋１８Ｅｒ＋７．３ｔｓ））
Ｄｕ＝ｔｓ×Ｅｓ／（（５．６＋０．２３Ｅｓ＋（−５．３）Ｅｒ＋０．８９ｔｓ）×２７）
と表現されるピーク圧Ｐｍａｘ（ＭＰａ）および耐久指数Ｄｕが、それぞれ、
Ｐｍａｘ≦４．１
Ｄｕ≧１．０
を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の定着部材によれば、コバ削れといった耐摩耗性を損なうことなく、様々な紙種の記録材において、定着画像のモトルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における画像形成装置の概略構成を示す縦断面模式図である。
【図２】定着装置の要部の拡大横断面模式図である。
【図３】定着ベルトの層構成を示す模式図である。
【図４】ピーク圧に関する構造解析シミュレーションモデルの模式図である
【図５】コバ削れに関する構造解析シミュレーションモデルの模式図である
【図６】応力集中値とコバ削れ速度の関係を示すグラフである
【図７】（ａ）は表層ヤング率が大きい場合、（ｂ）は表層ヤング率が小さい場合の記録材端部と表層の接触面積の関係を示す模式図である。
【図８】（ａ）は弾性層ヤング率が大きい場合、（ｂ）は弾性層ヤング率が小さい場合の記録材端部による部材変形を示す模式図である。
【図９】ベルト加熱方式の画像加熱装置の他の装置構成例の模式図である。
【図１０】ローラ対方式の画像加熱装置の一例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１２】
［実施例１］
《画像形成装置例》
図１は本実施例における画像形成装置の一例であるカラー電子写真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１は制御回路部１００と通信可能に接続した外部ホスト装置２００からの入力画像情報に応じて作像動作して、シート状の記録材上にフルカラー画像を形成して出力することができる。
【００１３】
装置２００はコンピュータ、イメージリーダー、ファクシミリ等である。制御回路部１００は装置２００と信号の授受をする。また、プリンタ側の各種の作像機器と信号の授受をして作像シーケンス制御を司る。記録材（以下、用紙と記す）は、普通紙、樹脂製シート状物、厚紙、ＯＨＰシート（オーバーヘッドプロジェクター用シート）、封筒、はがき、ラベルなどがある。
【００１４】
プリンタ１内には図面上左側から右側にかけて、第１乃至第４の４つの画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｂｋが水平方向に並べられて配設されている。各画像形成部はいずれもレーザ露光方式の電子写真プロセス機構であり、現像器に収容させた現像剤（トナー）の色が異なるだけで、互いに同様な構成である。
【００１５】
即ち、各画像形成部は、それぞれ、矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動されるドラム型の電子写真感光体（像担持体：以下、ドラムと記す）２を有する。また、各ドラム２の周囲には、ドラム２に作用するプロセス手段としての、一次帯電器３、レーザスキャナ４、現像器５、一次転写ブレード６、クリーナ７が配置されている。
【００１６】
画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｂｋの下側には中間転写ベルトユニット８が配設されている。該ユニット８は、無端状でフレキシブルな中間転写ベルト（以下、ベルトと記す）９と、このベルト９を懸回張設している駆動ローラ１０・テンションローラ１１・二次転写対向ローラ１２を有する。各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｂｋの一次転写ブレード６はベルト９の内側に配設されていて、ベルト９のローラ１１とローラ１０との間の上行側ベルト部分を介して対応するドラム２の下面に圧接している。各ドラム２とベルト９との当接部が一次転写部である。
【００１７】
ローラ１２にはベルト９を介して二次転写ローラ１３が圧接している。ベルト９とローラ１３との当接部が二次転写部である。ベルト９はローラ１０により矢印の時計方向にドラム２の回転速度に対応した速度にて循環移動される。
【００１８】
本実施例において、第１の画像形成部Ｙは現像器５にイエロー（Ｙ）色の現像剤が収容されていて、ドラム２にＹ色トナー像を形成する。第２の画像形成部Ｍは現像器５にマゼンタ（Ｍ）色の現像剤が収容されていて、ドラム２にＭ色トナー像を形成する。第３の画像形成部Ｃは現像器５にシアン（Ｃ）色の現像剤が収容されていて、ドラム２にＣ色トナー像を形成する。第４の画像形成部Ｂｋは現像器５にブラック（Ｂｋ）色の現像剤が収容されていて、ドラム２にＢｋ色トナー像を形成する。
【００１９】
制御回路部１００は装置２００から入力したカラー色分解画像信号に基づいて、各画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｂｋを作像動作させる。これにより各画像形成部において回転するドラム２の面に対して所定の制御タイミングで、それぞれ、Ｙ色、Ｍ色、Ｃ色、Ｂｋ色の色トナー像が形成される。なお、ドラム２にトナー像を形成する電子写真作像原理・プロセスは公知に属するからその説明は省略する。
【００２０】
各画像形成部のドラム２の面に形成される上記のトナー像はそれぞれ一次転写部にて、各ドラム２の回転方向と順方向に、かつ各ドラム２の回転速度に対応した速度で回転駆動されているベルト９の外面に対して順次に重畳転写される。これにより、ベルト９の面に上記のＹ色、Ｍ色、Ｃ色、Ｂｋ色の４つのトナー像の重ね合わせによる未定着のフルカラートナー像が合成形成される。
【００２１】
一方、所定の給紙タイミングにて、それぞれ大小各種幅サイズの用紙Ｐを積載収容させた上下複数段の給紙カセット１４Ａ・１４Ｂのうちの選択された段位のカセットの給紙ローラ１５が駆動される。これにより、その段位のカセットに積載収納されている用紙Ｐが１枚分離給紙されて搬送路１６を通ってレジストローラ対１８に搬送される。また手差し給紙が選択されているときには、給紙ローラ１９が駆動される。これにより、マルチ給紙トレイ２０に積載セットされている用紙Ｐが１枚分離給紙されて搬送路１６を通ってローラ対１８に搬送される。
【００２２】
ローラ対１８は、用紙Ｐを一旦受け止めて、用紙が斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、ローラ対１８は、ベルト９上のトナー像と同期を取って、用紙Ｐをベルト９とローラ１３との圧接部である二次転写部に送り込む。これにより、二次転写部において、ベルト９上のフルカラーの合成トナー像が一括して用紙Ｐの面に二次転写される。
【００２３】
二次転写部を出た用紙Ｐはベルト９の面から分離されて、画像加熱装置としての定着装置２１に導入される。この装置２１により、用紙Ｐ上の複数色のトナー像が溶融混色されて用紙面に固着像として加熱加圧定着される。二次転写部にて用紙分離後のベルト８の面はベルトクリーナ２２により二次転写残トナー等の残留付着物の除去を受けて清掃され、繰り返して作像に供される。モノ黒プリントモードの場合には、ブラックトナー像を形成する第４の画像形成部Ｂｋのみが作像動作制御される。
【００２４】
片面プリントモードの場合において、装置２１を出た用紙Ｐは、予めの指定に従って切り換えフラッパ２３により進路切り換えされて、プリンタ側面に配置されているフェイスアップ排出トレイ２５に排出される。あるいは、プリンタ上面に配置されているフェイスダウン排出トレイ２８に排出される。
【００２５】
トレイ２５への排出の場合は、装置２１を出た用紙Ｐは第１の姿勢に転換されているフラッパ２３の下面側を通って直進し、第１の排出ローラ２４によりトレイ２５上に画像面上向きで排出される。トレイ２８への排出の場合は、装置２１を出た用紙Ｐは第２の姿勢に転換されているフラッパ２３の上面側を通って上方に案内され、搬送路２６により上方搬送される。そして、第２の排出ローラ２７によりトレイ２８上に画像面下向きで排出される。
【００２６】
両面プリントモードの場合は、装置２１を出た第１面に対する画像形成・定着済みの用紙Ｐが、第２の姿勢に転換されているフラッパ２３の上面側を通って上方に案内され、搬送路２６により上方搬送される。その用紙Ｐの搬送途中で後端が反転ポイントＲに達したとき、搬送路２６が逆搬送駆動に転換される。これにより、用紙Ｐがスイッチバック搬送されて両面搬送路２９に入る。そして、搬送路２９から再び搬送路１６に入って、表裏反転された状態にて二次転写部に再搬送される。これにより、用紙Ｐは第２面に対する画像転写を受ける。二次転写部を出た用紙Ｐは再び装置２１に導入される。
【００２７】
定着装置２１を出た両面プリント済みの用紙Ｐが、片面プリントモードの場合と同様に予めの指定に従って切り換えフラッパ２３により進路切り換えされてトレイ２５又はトレイ２８に排出される。フラッパ２３、スイッチバック搬送路２６等で構成される部分は反転手段の一例である。
【００２８】
《定着装置》
次に、本実施例で用いた画像加熱装置としての定着装置２１について説明する。図２は定着装置２１の要部の拡大横断面模式図である。この装置２１は、対向部材４５との間でニップ部Ｔを形成し用紙Ｐの画像担持面に接して用紙を挟持搬送して加熱加圧する回転可能な定着部材４１を有する構成となっている。具体的には、加熱体としてセラミックヒーター４２を用いたベルト（フィルム）加熱方式、加圧ローラ駆動方式（テンションレスタイプ）の画像加熱装置である。
【００２９】
なお、この方式の画像加熱装置自体は、例えば、特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開２００４−３４１３４６号公報で公知である。
【００３０】
定着装置２１はニップ部Ｔにおける用紙搬送路面内において用紙搬送方向Ｘに直交する方向（図面に垂直な方向）に平行な方向を長手方向（幅方向）とする横長の装置である。定着装置２１は、定着部材（熱を伝達する加熱部材）としての円筒状の定着ベルト（エンドレスベルト）４１を備えたベルトユニット４０と、対向部材としての加圧ローラ４５を有する。
【００３１】
定着ベルト４１がニップ部Ｔにおいて用紙Ｐの画像担持面（未定着トナー像ｔが形成された面）と接する。定着ベルト４１は、後述するように、少なくとも表層と弾性層と基層の３層を有する円筒状で薄肉の全体的に可撓性を有する低熱容量の耐熱部材である。加圧ローラ４５がニップ部Ｔにおいて用紙Ｐの画像担持面とは反対側の面と接する。
【００３２】
ベルトユニット４０は、上記の円筒状の定着ベルト４１、上記のセラミックヒーター４２、ヒーターホルダ（支持部材）４３、加圧ステー４４などによる組立体である。
【００３３】
セラミックヒーター（以下、ヒーターと記す）４２は図面に垂直方向を長手とする細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とするものである。発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒーターである。また、使用される用紙Ｐの幅サイズに応じて通電領域を切り替える構成となっている。
【００３４】
ヒーターホルダ４３は横断面ほぼ半円弧状樋型の横長部材であり、液晶ポリマー等の耐熱樹脂の成型品である。ヒーター４２はこのヒーターホルダ４３の外周面中央部に長手に沿って形成されている溝部に嵌め込まれて保持されている。加圧ステー４４は横断面Ｕ字型で横長の剛性部材であり、鉄等の金属で形成されており、ヒーターホルダ４３の内側に配設されている。定着ベルト４１は、上記のヒーター４２、ヒーターホルダ４３、加圧ステー４４の組立体に対してルーズに外嵌（外挿）されている。
【００３５】
加圧ローラ４５は耐熱性弾性ローラである。このローラ４５は、金属（アルミや鉄）の芯金４５ｃと、その外周面に形成されたシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコーンゴムの発泡体からなる弾性層４５ｂ、その弾性層４５ｂを被覆する離型層４５ａを有する。離型層４５ａはＰＦＡ等のフッ素系樹脂で、チューブを被覆させたものである。
【００３６】
加圧ローラ４５は定着装置筐体（不図示）の一端側板と他端側板の間において、芯金４５ｃの一端側と他端側がそれぞれ軸受を介して回転可能に支持されて配設されている。ベルトユニット４０は一端側板と他端側板との間において加圧ローラ４５に対してヒーター４２の側を対向させて加圧ローラ４５に実質平行に配列されている。そして加圧ステー４４の一端側と他端側がそれぞれ加圧機構（不図示）により加圧ローラ４５に向かう方向に所定の押圧力をもって加圧されている。
【００３７】
上記の押圧力により、ベルトユニット４０を構成している、加圧ステー４４、ヒーターホルダ４３、ヒーター４２が加圧ローラ４５の方向に移動する。そのため、ヒーター４２が定着ベルト４１を介して加圧ローラ４５に対して弾性層４５ｂの弾性に抗して所定の押圧力で押圧され、定着ベルト４１と加圧ローラ４５との間に用紙搬送方向Ｘにおいて所定幅のニップ部Ｔが形成される。
【００３８】
定着装置２１の定着シーケンス（定着処理）の動作は次のとおりである。制御回路部１００は、所定の制御タイミングで加圧ローラ４５を図２において回転方向Ｒ４５に所定の速度で回転駆動させる。加圧ローラ４５の回転駆動は加圧ローラ４５と一体の駆動ギア（不図示）に駆動手段（不図示）の駆動力が伝達されることでなされる（加圧部材駆動方式）。
【００３９】
加圧ローラ４５が回転駆動されることで、ニップ部Ｔにおいて定着ベルト４１に加圧ローラ４５との圧接摩擦力で回転トルクが作用する。これにより、定着ベルト４１が、その内面をヒーター４２に密着させて摺動しながら、ヒーターホルダ４３と加圧ステー４４の外回りを加圧ローラ４５の速度とほぼ対応した速度で回転方向Ｒ４１に従動回転する。ヒーターホルダ４３は定着ベルト４１の回転ガイド部材でもある。
【００４０】
また、制御回路部１００は電源部（不図示）からヒーター４２に対する通電を開始する。この通電によりヒーター４２は有効全長域に渡って急速に昇温する。その昇温がヒーター４２の裏面側（ニップ部Ｔと反対側の面）に設けられた温度検知手段としてのサーミスタＴＨによって検知される。制御回路部１００はサーミスタＴＨで検知されるヒーター温度に基づいてヒーター温度が所定の目標設定温度に昇温して温調されるようにヒーター４２に対する供給電力を制御する。
【００４１】
上記の定着装置状態において、画像形成部の二次転写部側から未定着トナー像ｔを担持した用紙Ｐが定着装置２１側に搬送され、ニップ部Ｔに導入されて挟持搬送される。用紙Ｐはニップ部Ｔを挟持搬送される過程でヒーター４２の熱が定着ベルト４１を介して付与される。未定着トナー像ｔはヒーター４２の熱によって溶融され、ニップ部Ｔにかかっている圧力によって用紙Ｐに定着される。ニップ部Ｔを通過した用紙Ｐは定着ベルト４１の面から曲率分離して排出搬送される。
【００４２】
（定着ベルト）
本実施例における定着ベルト４１は、図３の層構成模式図のように表層（離型層）４１ａ、弾性層４１ｂ、基層４１ｃの３層複合構造を有したエンドレスベルトである。
【００４３】
表層４１ａは厚さ１００μｍ以下、好ましくは２０〜７０μｍのフッ素樹脂材料を使用できる。フッ素樹脂層としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。本実施例では、厚さｔｓ：２０μｍのＰＦＡチューブを用いた。
【００４４】
弾性層４１ｂは、熱容量を小さくしてクイックスタート製を向上させるために、厚さｔｒは、ｔｒ≧１００μｍで、１０００μｍ≧ｔｒがよい。好ましくは５００μｍ以下のゴム材料を使用できる。厚さｔｒは１００μｍよりも薄い場合は画像不良（簾：グロスムラ）が問題となる。材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。本実施例では、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さｔｒ：３００μｍのシリコーンゴムを用いた。
【００４５】
基材４１ｃも弾性層４１ｂと同様にクイックスタート性を向上させるために、厚さｔｃとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ＳＵＳ、ニッケルなどの金属フィルムを使用できる。本実施例では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。
【００４６】
［ピーク圧とモトルの関係］
用紙Ｐが表面性の粗い普通紙では、紙繊維の密度が低く凸凹構造を有する部分（疎部）が多くみられる。疎部においては、中間転写ベルト９を介して用紙Ｐの紙繊維上に均一に被覆されたトナーが、定着時にニップ部Ｔにおける定着ベルト４１の圧力集中によって繊維の下部に溶け落ちる。このため、用紙の白地部分が白くみえる「透け」と呼ばれる現象が発生する。この透けにより、疎部の濃度が下がるため、濃度ムラが増加し、モトル発生が顕著化する。
【００４７】
したがって、この対策として、疎部の紙繊維上にかかる圧力を下げることが考えられる。紙繊維上にかかる圧力の特性値としては、紙繊維にかかる最大圧力（ピーク圧）がある。ピーク圧とモトルの間には相関性が成り立つことが推測される。
【００４８】
本実験では、こうしたモトル発生のメカニズムに基づき、モトルに関連するパラメータとして、ピーク圧をシミュレーション（以下、ＳＩＭと記す）から算出した。解析には、汎用有限要素解析ソフトであるＡＢＡＱＵＳを用いた。図４は、本実験で用いたシミュレーションモデルの模式図である。定着部材４１は、表層４１ａ、弾性層４１ｂ、基材４１ｃで構成され、紙繊維ＰＦと用紙Ｐからなるモデルである。
【００４９】
用紙Ｐは、一般的なオフィス普通紙を想定しており、紙繊維ＰＦの太さはφ２０μｍとした。表層４１ａは、上記で述べたように、一般的な定着ベルト４１に用いられるフッ素樹脂層を想定しており、表層のポアソン比を０．４５とした。また、フッ素樹脂とオフィス普通紙の摩擦係数を実際に測定し、用紙Ｐ・紙繊維ＰＦと表層の摩擦係数を０．２とした。弾性層４１ｂとしてはシリコーンゴムを想定しており、弾性層４１ｂのポアソン比を０．４８とした。紙繊維ＰＦおよび用紙Ｐは、弾性層４１ｂや表層４１ａと比較して十分ヤング率が大きいため、計算上は剛体として扱った。
【００５０】
また、定着部材４１の径方向にかかる加圧力を０．２ＭＰａに設定した。０．２ＭＰａは、一般的なオフィス用複合機の定着器とほぼ同等の加圧力である。さらに、表層４１ａ・弾性層４１ｂの長手方向の幅を５００μｍ（横拘束）とし、メッシュサイズは０．５μｍ×０．５μｍとした。ピーク圧を計算した定着部材４１の各層４１ａ、４１ｂの厚さとヤング率を以下の表１に示す。
【００５１】
ＳＩＭにおけるモデルにおいて、ベルト表層が紙に触れていない紙繊維近傍の幅を非接触幅Ｌとする。下記の表１のベルト構成におけるピーク圧Ｐｍａｘと非接触幅ＬをＳＩＭにより求めた。
【００５２】
【表１】
2015161724.tif 000003
【００５３】
上記結果をピーク圧Ｐｍａｘと非接触幅Ｌの関係は指数関数で近似した場合、以下の式１で表せる。
【００５４】
ピーク圧Ｐｍａｘ＝０．９２×ｅｘｐ（０．００９０×非接触幅Ｌ）・・・式１
次に、下記ベルト構成における非接触幅をＳＩＭにより求めた。
【００５５】
【表２】
2015161724.tif 000004
【００５６】
上記の値について重回帰分析を行うことにより、非接触幅Ｌと部材特性に関する以下の式を得た。
【００５７】
非接触幅Ｌ＝０．５９＋１．６Ｅｓ＋１８Ｅｒ＋７．３ｔｓ・・・・式２
ここで、Ｅｓは表層のヤング率（ＭＰａ）、Ｅｒは弾性層のヤング率（ＭＰａ）、ｔｓは表層の厚さ（μｍ）を示す。表層の厚さｔｓ（μｍ）は、マイクロゲージ（メーカー：ミツトヨ社製、型式：２２７−２０２）により測定し、９０度周期の４点測定の平均値を求めている。表層および弾性層のヤング率は、アスカ―Ｃ硬度計（５００ｇｆ加重）の測定値から求めている。
【００５８】
上記の式１に式２を代入することで、以下の式３を得た。
【００５９】
ピーク圧Ｐｍａｘ＝０．９２×ｅｘｐ（０．００９０×（０．５９＋１．６Ｅｓ＋１８Ｅｒ＋７．３ｔｓ））・・・・・式３
【００６０】
［定着画像のモトル評価］
次に、本実験における通紙条件とモトルの評価方法について説明する。本実験では、図２に示される定着装置２１を用いた。画出しの条件としては、黒色トナーを用い、ベタ画像の載り量が０．４８ｍｇ／ｃｍ２となる際の中間調画像（ＨＴ）のモトルを評価した。定着装置２１の条件としては、加圧力を３００Ｎ、回転速度を２５０ｍｍ／ｓとし、用紙Ｐが通過する際の定着部材表層温度を１６０℃とした。また、用紙ＰにはHammErmill Great White (HMGW) (IntErnational PapEr 社製、７５ｇ／ｍ２）を用いた。
【００６１】
定着部材４１に関しては、表層４１ａとして１６０℃におけるヤング率が２５、４７、５８ＭＰａとなるフッ素樹脂、弾性層として１６０℃におけるヤング率が０．３、０．７、１．０、２．０ＭＰａとなるシリコーンゴム部材を用いた。モトルの評価は、目視による主観評価で行い、白色照明環境にて、定着画像を手で持ち上げて４５°傾けた際に、濃度ムラがみられる場合を×、濃度ムラがみられない場合を○とした。また、上記部材構成のヤング率、厚さを式１に代入し、ピーク圧を計算した。ピーク圧とモトルランクの関係を表３に示す。
【００６２】
【表３】
2015161724.tif 000005
【００６３】
計算で得られたピーク圧の中で最も小さい圧力４．１ＭＰａの時にモトルが良化した。この結果から、ピーク圧が低くなることでモトルを良化できることが確かめられた。上記結果に基づいて、モトル良化のためには、４．１ＭＰａ以下が望ましいことが示された。なお、ピーク圧の下限に関しては、部材選定の範囲においてとりうるピーク圧の下限（表層厚７．５ｕｍ、表層ヤング率２５ＭＰａ、弾性層ヤング率１ＭＰａの場合）は２．６でありピーク圧２．６ＭＰａ程度であれば問題ないといえる。
【００６４】
したがって、画像性（モトル）の良好な部材構成の条件は、次の式４で表される。式４を満たす定着部材構成であれば、モトルを良化できる。
【００６５】
Ｐｍａｘ＝０．９２×ｅｘｐ（０．００９０×（０．５９＋１．６Ｅｓ＋１８Ｅｒ＋７．３ｔｓ））≦４．１  ・・・・・式４
【００６６】
［紙端部の応力集中とコバ削れ速度の関係］
用紙の端部（紙端部）の応力集中とコバ削れ速度の関係についての実験について説明する。まず、応力集中値の算出方法について説明する。応力集中値は、ベルト頂点において紙端部にかかる応力の長手方向の積分値を示す。本実験では、応力集中値を構造解析のシミュレーションから算出した。
【００６７】
図５は、本実験で用いた構造解析シミュレーションのモデルの模式図である。定着部材４１は、表層４１ａ、弾性層４１ｂ、基材４１ｃからなり、加圧部材４５は、表層４５ａ、弾性層４５ｂと不図示の芯金からなるモデルである。
【００６８】
定着部材４１および加圧部材４５の各層の厚みとヤング率をまとめると、以下の表４の通りとなる。なお、定着部材４１の表層４１ａと弾性層４１ｂの物性は、表４に示されるような条件で応力集中の値を算出した。また、基材４１ｃは弾性層４１ｂや表層４１ａと比較して十分硬度が大きいため、計算上は剛体として扱った。
【００６９】
【表４】
2015161724.tif 000006
【００７０】
次に、本実験における通紙条件と削れ速度の計測方法について説明する。本実験では、図２に示される定着装置２１を用いた。定着装置の条件としては、加圧力を３００Ｎ、回転速度を２５０ｍｍ／ｓとし、連続的に用紙が通過する際の定着部材表層温度が１６０℃、非通過部の表面温度が２００℃となるように通電制御を行った。また、用紙ＰにはＧＦ−Ｃ０８１（王子製紙（株）社製、８１．４ｇ／ｍ２）を用いた。
【００７１】
コバ削れ速度は、定着部材表層の紙端部の通過位置の表層厚さをレーザ変位計（キーエンス（株）社製、ＬＪ−Ｖ超高速インラインプロファイル測定器）を用いて１０万枚毎に計測し、初期の厚みからの差分を削れ量として速度を求めた。
【００７２】
また、定着部材４１は、表層４１ａとして１６０℃におけるヤング率が２５、５０、９０  ＭＰａとなるフッ素樹脂、弾性層４１ｂとして１６０℃におけるヤング率が０．３、０．５、１．０ＭＰａとなるシリコーンゴムからなる部材を用いた。
【００７３】
本実験に用いた各種定着ベルト４１における物性値と応力集中値等の関係を以下の表５に、応力集中値とコバ削れ速度の関係を示すグラフを図６にそれぞれ示す。
【００７４】
【表５】
2015161724.tif 000007
【００７５】
上記の表５、および図６に示される結果から、応力集中値が、コバ削れに対して大きな影響を与えていることが確認できた。また、定着部材４１の各層４１ａ、４１ｂの硬度とコバ削れの関係性について更に詳細にその影響を確認できた。
【００７６】
まず、本検討の結果から、応力集中値は、１）表層硬度が小さい場合、および、２）弾性層硬度が大きい場合に小さくなり、これによりコバ削れ速度も小さくなることが確認できた。これらについて図７、図８を用いて説明する。
【００７７】
図７は、表層４１ａの硬度が変化した場合の変形状態を模式的に示した図であり、（ａ）は表層４１ａが硬い場合、（ｂ）は表層４１ａが柔らかい場合を示している。このように、表層４１ａの硬度が低下することで定着部材４１の紙端部の表層４１ａと用紙Ｐ間の接触面積が増大する。これにより端部に加わる応力の単位面積あたりに圧力が小さくなるため、応力集中が小さくなると考えられる。
【００７８】
図８は、弾性層４１ｂの硬度が変化した場合の変形状態を模式的に示した図であり、（ａ）は弾性層４１ｂが硬い場合、（ｂ）は弾性層４１ｂが柔らかい場合を示している。このように、弾性層４１ｂの硬度が大きくなることで定着部材４１の紙端部の表層４１ａの曲げ変形が小さくなる。これにより端部に加わる応力が小さくなるため、応力集中が小さくなると考えられる。
【００７９】
以上の結果から、コバ削れの速度低減のためには、表層硬度を下げること、および、弾性層硬度を上げることが望ましいことが確認できた。
【００８０】
［定着部材の耐久性評価］
コバ削れに起因する耐久性の指標として耐久性指数Ｄｕを用いた。Ｄｕは以下の式５で表すことが出来る。
【００８１】
Ｄｕ＝Ｃ・ｔｓ・Ｅｓ／Ｗ・・・・・式５
ここで、Ｃは任意の定数、ｔｓは表層４１ａの厚さ、Ｅｓは表層４１ａのヤング率、Ｗは応力集中値を示す。
【００８２】
本実験では、紙端部の応力集中値Ｗを前述の方法と同様、構造解析シミュレーション（ＳＩＭ）から算出した。定着部材構成と応力集中値Ｗの関係を表６に示す。
【００８３】
【表６】
2015161724.tif 000008
【００８４】
上記ＳＩＭから得られた応力集中値Ｗを多変量解析し、式６で表した。
【００８５】
Ｗ＝５．６＋０．２３Ｅｓ−５．３Ｅｒ＋０．８９ｔｓ・・・・・式６
ここで、Ｅｓは表層４１ａのヤング率、Ｅｒは弾性層４１ｂのヤング率、ｔｓは表層４１ｂの厚さを示す。式６の算出方法は次のとおりである。即ち、表６の結果を用いて、表層ヤング率Ｅｓ（ＭＰａ）、弾性層ヤング率Ｅｒ（ＭＰａ）、表層厚ｔｓ（μｍ）と応力集中値Ｗの関係を、多変量解析の重回帰分析により求めている（使用ツール：Ｅｘｃｅｌ）。
【００８６】
式５に式６で得られたＷの値を代入することで、耐久指数Ｄｕを算出した。ここでは、定着部材構成が、表層ヤング率２５ＭＰａ、表層厚さ２０μｍ、弾性層ヤング率１．０ＭＰａ、弾性層厚さ３００μｍの耐久指数Ｄｕの１．３倍が１．０となるように定数Ｃを求めた。その結果、Ｃ＝１／２７．３となった。以上の結果から得られたパラメータを式３に代入すると、耐久指数Ｄｕは以下の式７で表される。
【００８７】
Ｄｕ＝ｔｓ×Ｅｓ／（（５．６＋０．２３Ｅｓ＋（−５．３）Ｅｒ＋０．８９ｔｓ）×２７）  ・・・・・式７
下表に示す構成の定着部材を用いて、式７を用いた耐久指数Ｄｕの算出および、コバ削れの評価を行った。前述のコバ削れ速度の測定と同様の方法で通紙を行い、５０万枚の定着処理後に表層材料が残存している場合を○、摩耗して弾性層が露出した場合を×とした。結果を表７に示す。
【００８８】
【表７】
2015161724.tif 000009
【００８９】
上記の結果から、耐久指数が１．０以上であればコバ削れの状態が良好となることが示された。耐久指数Ｄｕが上がることによる弊害はない。画質要求値を満たす範囲内では、耐久指数Ｄｕの上限はいくら大きくても良い。したがって、耐久性が良好となるための定着部材構成の条件としては、以下の式８で表される。
【００９０】
Ｄｕ＝ｔｓ×Ｅｓ／（（５．６＋０．２３Ｅｓ＋（−５．３）Ｅｒ＋０．８９ｔｓ）×２７）≧１．０  ・・・・・・式８
［画質と耐久性を両立する部材構成］
以上のことから、前述した、
Ｐｍａｘ＝０．９×ｅｘｐ（０．００９０×（０．５９＋１．６Ｅｓ＋１８Ｅｒ＋７．３ｔｓ））  ・・・・・・・式３
Ｄｕ＝ｔｓ×Ｅｓ／（（５．６＋０．２３Ｅｓ＋（−５．３）Ｅｒ＋０．８９ｔｓ）×２７）  ・・・・・・・式７
と表現されるピーク圧Ｐｍａｘ（ＭＰａ）および耐久指数Ｄｕが、それぞれ、
Ｐｍａｘ≦４．１
Ｄｕ≧１．０
を満たす定着部材４１の構成であれば、耐久性および画質を両立することが出来る。
【００９１】
上記の二つの式３と式７を同時に満たす、ピーク圧Ｐｍａｘが４．１ＭＰａ以下、および耐久指数Ｄｕが１．０以上となる定着部材４１の構成例を表８に示す。
【００９２】
【表８】
2015161724.tif 000010
【００９３】
上記構成の定着部材を用いることで、耐久性を損なうことなく、モトルを良化することが可能となった。
【００９４】
以上の結果から、本発明によって、トナー離形性やオフセットなどの定着諸特性を損なうことなく、モトルの発生を低減し、端部のコバ削れといった耐摩耗性を良化することが出来る。
【００９５】
［実施例２］
本実施例では、実施例１における各部材のパラメータの範囲に関する検討を行った。本実験では、ピーク圧Ｐｍａｘ≦４．１、Ｄｕ≧１．０以上となる条件において、表層ヤング率Ｅｓ、表層厚みをｔｓ、弾性層ヤング率Ｅｒを振って検討を行った。まず、表層ヤング率の範囲と実験結果を以下の表９に示す。
【００９６】
【表９】
2015161724.tif 000011
【００９７】
いずれの条件においてもモトル／コバ削れ共に良好であった。しかし、表層ヤング率２０ＭＰａでは通紙部分の削れが大きくなってしまい、コバ削れ以外の要因で短寿命化してしまった。また、表層ヤング率９０ＭＰａでは表層４１ａが硬くなったためクラックが発生してしまうことで、同様に短寿命化してしまった。以上の結果より、表層ヤング率は、式９の範囲が好ましいといえる。
【００９８】
３０ＭＰａ≦Ｅｓ≦８０ＭＰａ  ・・・・・式９
次に、表層厚みの範囲と実験結果を以下の表１０に示す。
【００９９】
【表１０】
2015161724.tif 000012
【０１００】
いずれの条件においてもモトル／コバ削れ共に良好であった。しかし、表層厚み３μｍでは表層の凹凸制御が困難であるため表面粗さが低下して、定着画像のグロス低下が発生して、モトル以外での画像性が低下してしまっていた。また、表層厚み３μｍでは熱伝導性が低下し、定着不良が発生してしまった。以上の結果より、表層厚みは式１０の範囲が好ましいと言える。
【０１０１】
５μｍ≦ｔｓ≦１５μｍ  ・・・・・式１０
次に、弾性層ヤング率の範囲と実験結果を以下の表１１に示す。
【０１０２】
【表１１】
2015161724.tif 000013
【０１０３】
いずれの条件においてもモトル／コバ削れ共に良好であった。しかし、弾性層ヤング率０．１ＭＰａでは弾性層の内部での破断が発生して、部材として短寿命化してしまった。また、弾性層ヤング率４．０ＭＰａでは定着グロスムラが発生してしまい、モトル以外での画像性が低下してしまっていた。以上の結果より、弾性層ヤング率は式１１の範囲が好ましいといえる。
【０１０４】
０．３ＭＰａ≦Ｅｒ≦３．０ＭＰａ  ・・・・・・式１１
以上の結果から、本発明によって、モトルなどの画像不良を防止し、端部のコバ削れといった耐摩耗性を良化することができ、かつ他の課題が発生しない定着部材のパラメータ範囲を定めることができた。
【０１０５】
［実施例３］
ベルト加熱方式の画像加熱装置２１は、実施例１や２の加圧ローラ駆動方式のものに限られない。例えば、図９の（ａ）ないし（ｄ）のような構成の装置構成のものにすることもできる。
【０１０６】
（ａ）の装置は、ベルトユニット４０の定着ベルト４１をヒーターホルダ４３と駆動ローラ４６との間に懸回張設して定着ベルト４１を駆動ローラ４６にて回転駆動させる構成である。加圧ローラ４５は定着ベルト４１の回転駆動に従動して回転する。その他の装置構成と制御は図２や図３の装置と同様である。
【０１０７】
（ｂ）の装置は、ベルトユニット４０の定着ベルト４１をヒーターホルダ４３と駆動ローラ４６とテンションローラ４７との間に懸回張設して定着ベルト４１を駆動ローラ４６で回転駆動させる構成である。加圧ローラ４５は定着ベルト４１の回転駆動に従動して回転する。その他の装置構成と制御は図２や図３の装置と同様である。
【０１０８】
定着ベルト４１が回転駆動される装置の場合は定着ベルト４１とニップ部Ｔを形成する対向部材４５はローラなど回転体でなくてもよい。すなわち、対向部材４５は定着ベルト４１や用紙Ｐとの当接面である表面の摩擦係数が小さいパッドや板状部材などの非回転の部材の形態のものにすることもできる。（ｃ）の装置は（ａ）の装置の対向部材としての加圧ローラ４５を非回転の部材としての加圧パッド４５Ａに変更した形態の装置である。
【０１０９】
また、定着ベルト４１とニップ部Ｔを形成する対向部材４５はベルト構成にすることもできる。（ｄ）の装置は（ｂ）の装置の対向部材としての加圧ローラ４５を無端状の可撓性を有する加圧ベルト４５Ｂにして、これを支持ローラ４８と４９との間に懸回張設する。そして加圧ベルト４５Ｂを加圧パッド４５Ａで定着ベルト４１に押し付けてニップ部Ｔを形成させている。その他の装置構成と制御は図２や図３の装置と同様である。
【０１１０】
ニップ部Ｔを形成するための定着部材４１と対向部材４５との相互押圧はどちらか一方を他方に対して加圧当接させる構成であってもよいし、両者を互いに加圧当接させる構成にすることもできる。また、加圧解除機構を具備させた装置構成にすることもできる。
【０１１１】
なお、ベルト加熱方式の画像加熱装置において、ヒーター４２は定着ベルト４１に接触している必要があるが、ヒーター４２は必ずしもニップ部Ｔに位置している必要はない。
【０１１２】
［実施例４］
本発明に係る定着部材の構成は、ローラ対方式の定着ローラにも適用することが出来る。図１０はローラ対方式の画像加熱装置の一例の要部の概略図を示しており、定着部材としての定着ローラ４１と対向部材としての加圧ローラ（加圧部材）４５の圧接ローラ対を有する。定着ローラ４１は、基材（芯金）としての剛性を有する中空の金属パイプ４１ｃと、その外周面の弾性層４１ｂと、さらにその外周面の表層（離型層）４１ａと、の３層複合構造を有したローラである。加圧ローラ４５は実施例１のベルト方式の画像加熱装置２１の加圧ローラ４５と同様の層構成の弾性ローラである。
【０１１３】
定着ローラ４１の金属パイプ４１ｃの内部には加熱体としてのハロゲンランプ４２が配設されている。定着ローラ４１と加圧ローラ４５は加圧ローラ４５の弾性層４５ｂの弾性に抗して所定の押圧力で圧接されて両ローラ間に用紙搬送方向Ｘにおいて所定幅のニップ部Ｔが形成されている。定着ローラ４１と加圧ローラ４５は矢印Ｒ４１、Ｒ４５の方向に所定の周速度で回転される。また、定着ローラ４１はハロゲンランプ４２に内部加熱されて、所定の表面温度に立ち上げられて温調される。
【０１１４】
上記のニップ部Ｔにトナー像Ｔを担持した用紙Ｐが導入されて挟持搬送される。これにより用紙Ｐが加熱加圧される。定着ローラ４１は用紙Ｐの画像担持面に接する。このようなローラ対方式の画像加熱装置についても定着部材としての定着ローラ４１を実施例１，２における定着ベルト４１と同様の構成とすることで、耐久性および画質を両立させることが出来る。
【０１１５】
定着部材として定着ローラ４１を用いた装置においても対向部材４５を加圧ベルトの形態や非回転の部材としての加圧パッドの形態に変更した装置構成にすることができる。
【０１１６】
［その他の実施の形態］
以上、本発明に係る実施例について詳述したが、本発明の思想の範囲内において種々の構成の他の公知の構成に置き換えることは可能である。
【０１１７】
１）定着部材４１の加熱構成は内部加熱方式に限られず、外部加熱構成にすることもできる。電磁誘導加熱方式とすることもできる。対向部材４５も加熱する装置構成にすることもできる。
【０１１８】
２）画像加熱装置には実施例の定着装置以外にも、トナー像を仮定着する装置、定着されたトナー像を加熱して画像の光沢度を向上させる光沢度付与装置あるいは画質改質装置が含まれる。
【０１１９】
３）画像形成装置の画像形成部は像担持体として電子写真感光体を用いる電子写真方式に限られない。像担持体として静電記録誘電体を用いる静電記録方式や磁気記録磁性体を用いる磁気記録方式、その他の画像形成方式の画像形成部構成であってもよい。
【０１２０】
中間転写方式の画像形成装置に限られない。上記のような像担持体に形成されたトナー像を中間転写体を介さずに転写手段で用紙に転写する方式の画像形成装置であってもよい。用紙（記録材）として静電記録紙や感光紙を用いて直接方式でトナー像を形成する画像形成装置であってもよい。カラー画像形成装置に限られない。モノカラー画像形成装置であってもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
４１・・定着部材、４１ａ・・表層、４１ｂ・・弾性層、４１ｃ・・基層、４５・・対向部材、Ｔ・・ニップ部、Ｐ・・記録材
【図１】
2015161724.tif 000014
【図２】
2015161724.tif 000015
【図３】
2015161724.tif 000016
【図４】
2015161724.tif 000017
【図５】
2015161724.tif 000018
【図６】
2015161724.tif 000019
【図７】
2015161724.tif 000020
【図８】
2015161724.tif 000021
【図９】
2015161724.tif 000022
【図１０】
2015161724.tif 000023