(57)【要約】【課題】離型性及び熱伝導性に優れ耐久性が高い離型層を表面に有するローラ、ベルト等の定着部材、この定着部材を備えたかかる定着装置、この定着装置を用いた定着方法、かかる定着装置を備えたかかる画像形成装置、かかる定着方法により画像形成を行うかかる画像形成装置及びかかる定着方法又はかかる画像形成装置を用いて画像形成を行う画像形成方法の提供。【解決手段】定着部材２，３が表面に有する樹脂層２３，３３が、低融点金属を含有する第１の相Ｘと、第１の相と異なる組成の第２の相Ｙとを有し、第１の相Ｘと第２の相Ｙとのうち少なくとも第１の相Ｘがフィラーを含有している。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂層を表面に有する定着部材において、
上記樹脂層が、低融点金属を含有する第１の相と、第１の相と異なる組成の第２の相とを有し、第１の相と第２の相とのうち少なくとも第１の相がフィラーを含有していることを特徴とする定着部材。
【請求項２】
請求項１記載の定着部材において、第１の相が樹脂（フッ素樹脂を除く）を含有していることを特徴とする定着部材。
【請求項３】
請求項２記載の定着部材において、上記樹脂（フッ素樹脂を除く）は、熱変形温度が、定着に使用されるときの温度よりも高いことを特徴とする定着部材。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の定着部材において、第２の相がフッ素樹脂を含有していることを特徴とする定着部材。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の定着部材において、上記フィラーが、熱伝導性フィラーであることを特徴とする定着部材。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の定着部材において、上記フィラーが、導電性フィラーであることを特徴とする定着部材。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着部材において、上記樹脂層の表面粗さが５μｍ以下であることを特徴とする定着部材の。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着部材において、上記樹脂層の表面の水に対する接触角が８０°以上であることを特徴とする定着部材。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つに記載の定着部材において、上記低融点金属は、融点が、上記樹脂層形成時における加熱温度以下であることを特徴とする定着部材。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか１つに記載の定着部材において、上記低融点金属は、融点が、定着に使用されるときの温度よりも高いことを特徴とする定着部材。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れか１つに記載の定着部材と、この定着部材に圧接する加圧部材とを有する定着装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の定着装置において、上記定着部材と上記加圧部材との圧力が、０．５［ｋｇｆ／ｃｍ２］以上であることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の定着装置において、上記定着部材と上記加圧部材との圧力が、４．０［ｋｇｆ／ｃｍ２］以下であることを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３の何れか１つに記載の定着装置において、上記定着部材と上記加圧部材とのうちの少なくとも何れかに一方に離型剤を塗布する離型剤塗布手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４の何れか１つに記載の定着装置を用いて定着を行う定着方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の定着方法において、ワックス含有のトナーを用いて定着を行うことを特徴とする定着方法。
【請求項１７】
請求項１ないし１０の何れか１つに記載の定着部材、又は請求項１１ないし１４の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置。
【請求項１８】
請求項１５又は１６記載の定着方法を用いて画像形成を行う画像形成装置。
【請求項１９】
請求項１５又は１６記載の定着方法、又は、請求項１７又は１８記載の画像形成装置を用いて画像形成を行う画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に備えられる定着装置を構成する、離型性及び熱伝導性に優れ耐久性の高い離型層を表面に有するローラ、ベルト等の定着部材、この定着部材を備えたかかる定着装置、この定着装置を用いた定着方法、かかる定着装置を備えたかかる画像形成装置、かかる定着方法により画像形成を行うかかる画像形成装置及びかかる定着方法又はかかる画像形成装置を用いて画像形成を行う画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる画像形成装置は一般に、電子写真方式等の作像プロセス機構により、シート状の記録媒体である用紙上に未定着トナー像を担持させるようになっているが、この未定着トナー像のトナーは簡単に剥がれ落ちるので、トナーに熱や圧力を加えることによりトナーを融解させ変形させた後、冷却凝固させて、用紙表面に永久的に固着させることが必要となる。この工程は定着工程と呼ばれ、かかる画像形成装置はこれを行う定着装置を備えている。
【０００３】
定着装置としては、加熱手段としてのヒータにより加熱される加熱ローラともいわれる定着ローラと、この定着ローラに当接し定着ローラとの当接領域であるニップ部において定着ローラと同方向に回転する加圧ローラ等を構成要素とし、かかるニップ部に、両ローラの回転により、トナーを定着される用紙を搬送して通過させ、加熱及び加圧してトナー像を定着する熱ローラ対タイプの定着装置が知られている。
【０００４】
また定着装置としては、加熱手段としてのヒータにより加熱され、トナーを定着されるシート状の記録媒体を搬送するための回転する無端の定着ベルト、定着ベルトを巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラ、定着ベルトを介して定着ローラに対向して配置される加圧部材としての加圧ローラ等を構成要素とし、定着ベルトと加圧ローラとによって形成される当接領域であるニップ部に、これらの回転により、トナーを定着される用紙を搬送して通過させ、加熱加圧してトナー像を定着するタイプのいわゆるベルト定着装置が知られている。
【０００５】
このような定着装置は、定着ローラ、定着ベルト、加圧ローラ等の回転体で、未定着のトナー像が転写された用紙たる画像担持体を挟持して定着を行う、圧着加熱方式を採用している。この方式は、回転体の表面と画像担持体たる被定着シート上のトナー像とが加圧下で接触するため、トナー像を被定着シート上に融着する際の熱効率が極めて良好であり、迅速に定着を行なうことができ、高速度の画像形成装置において非常に有効である。
【０００６】
上述のいずれのタイプの定着装置においても、定着の際に、定着ローラ、定着ベルト、加圧ローラ等の定着部材に、被定着シート、言い換えると支持体上のトナーが付着する、いわゆるオフセットを防止することが重要である。定着部材にオフセットが生じると、定着部材に付着したトナーが、その後、定着装置内の他の部材に付着したり、後の画像形成に使用される支持体に転写されて地汚れ等の不良画像の原因となったりするためである。
【０００７】
オフセットには、ホットオフセットといわれるものがある。ホットオフセットは、定着時における温度上昇によりトナー粒子が液状化し、この液状化の程度が温度の上昇とともに進んで、液状化したトナーがニップ部を通過する際に支持体側と定着部材側とに分割されることによって生じるものである。ホットオフセットの生じる温度は、定着部材表面の物性に依存し、かかる温度は定着部材の離型性、剥離性の尺度となっているものであり、かかる温度が高いほど、ホットオフセットに対する離型性、剥離性が優れていることを示すため、定着部材は、その表面エネルギーが低く、離型性、剥離性に優れたものであることが望ましい。
【０００８】
そこで、定着部材は一般に、トナーや用紙との離型性、剥離性を有する、たとえば主にフッ素樹脂等の材料によって構成された表層を備えている。このように、定着部材の表層を構成する材料の多くは、離型性、剥離性に優れた特性を有しており、使用の初期時には、連続使用の際にも良好な離型性、剥離性を示す。しかし、ホットオフセットを完全に防止することは困難であり、わずかでもホットオフセットが生じると、表面エネルギーが増大し、そこを核としてさらにホットオフセットが生じたり、紙繊維や紙片が付着したりして定着部材の表面が汚染され、さらに表面エネルギーが増大することで、永続的かつ加速的に定着部材の離型性、剥離性の低下をもたらす。
【０００９】
また、一旦汚染されると、ホットオフセットを生じる温度が低下し、この温度が、トナーを支持体に定着させるのに必要な最低温度近くもしくはそれ以下にまで下がることがあり、この場合には、定着部材へのトナーのオフセットのみならず、支持体に対するトナーの不完全定着をもたらす。このように、定着部材が一度汚染され始めると、汚染物は定着部材を高表面エネルギー化し、定着部材はさらに汚染されやすくなるため、離型性は、定着部材の性能を図る上で重要な尺度である。
【００１０】
一方、定着部材は、トナーを溶融させるために、加熱手段などといわれる発熱体からの熱をトナーに渡す役目を担っているため、発熱体からトナーまでの熱伝達障害を最小にするよう設計されるとともに、定着装置の立ち上がりまでの時間を短縮するために、熱容量が極力小さくなるように設計される。具体的には、定着部材は、その構成部分のすべてが限りなく薄くされる。
【００１１】
しかしながら、離型性を向上させるために一般に用いられるフッ素樹脂は、いまや定着部材を構成するに必須の材質でありながら、その熱伝導率が低いため、熱伝達及び立ち上がり時間短縮の障害となっている。たとえば、ＰＴＦＥでは、０．２５ｗ／ｍＫレベルであって、熱伝導性が非常に低い。熱伝導性樹脂では、２．０ｗ／ｍＫと、熱伝導性が高いが、離型性が低いため、単体で使用することはできない。また、上述のように定着部材の汚染が生じると、熱伝達性が低下し、トナーを溶融できず、非溶融トナーが定着部材に付着するコールドオフセットをも生じてしまう。
【００１２】
そこで、〔特許文献１〕、〔特許文献２〕、〔特許文献３〕において開示されているように、離型性を確保しながら熱伝導性を向上させるための技術が、種々提案されている。〔特許文献１〕に記載の技術は、定着ローラの表面をフッ素樹脂の粒子を混入したニッケル被膜で構成し、熱伝導性を向上するための技術である。〔特許文献２〕記載の技術は、エラストマー表面層に窒化硼素充填剤粒子を含有させ、剥離特性を維持しながら高熱伝導性を得るための技術である。〔特許文献３〕に記載の技術は、フッ素樹脂中に炭素繊維を入れて熱伝導率の向上を図るための技術である。
【００１３】
【特許文献１】
実開平１−１６４４６３号公報
【特許文献２】
特開平１−７２１８５号公報
【特許文献３】
特開平６−４３７７６号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、〔特許文献１〕に記載の技術は、ニッケル被膜にフッ素樹脂の粒子を混入させているだけなので、定着ローラの最重要特性であるトナーとの離型性を持たず、トナーがすぐに固着してしまうため、離型性の点において問題がある。〔特許文献２〕記載の技術は、定着ローラ表面の離型性が不十分でオフセットが発生して画像等を汚染する恐れがあり、離型性の点において問題があるとともに、製造工程が複雑でコストアップになるという問題がある。〔特許文献３〕に記載の技術は、同文献に記載されているように、炭素繊維の混入が過多になると、離型性を阻害するため、熱伝導率の向上に限界がある点で問題がある。
【００１５】
よって、〔特許文献１〕、〔特許文献２〕、〔特許文献３〕において提案されている技術であっても、例えば熱伝導性を高くするにはマイラーを２０％以上混入しなければならないがこれでは離型性が低下するなど、熱伝導性を高くしたものは、離型性の問題から長時間の使用には適用できないという問題があった。
【００１６】
本発明は、離型性及び熱伝導性に優れ耐久性が高い離型層を表面に有するローラ、ベルト等の定着部材、この定着部材を備えたかかる定着装置、この定着装置を用いた定着方法、かかる定着装置を備えたかかる画像形成装置、かかる定着方法により画像形成を行うかかる画像形成装置及びかかる定着方法又はかかる画像形成装置を用いて画像形成を行う画像形成方法の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、樹脂層を表面に有する定着部材において、上記樹脂層が、低融点金属を含有する第１の相と、第１の相と異なる組成の第２の相とを有し、第１の相と第２の相とのうち少なくとも第１の相がフィラーを含有していることを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着部材において、第１の相が樹脂（フッ素樹脂を除く）を含有していることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の定着部材において、上記樹脂（フッ素樹脂を除く）は、熱変形温度が、定着に使用されるときの温度よりも高いことを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の定着部材において、第２の相がフッ素樹脂を含有していることを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の定着部材において、上記フィラーが、熱伝導性フィラーであることを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の定着部材において、上記フィラーが、導電性フィラーであることを特徴とする。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着部材において、上記樹脂層の表面粗さが５μｍ以下であることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着部材において、上記樹脂層の表面の水に対する接触角が８０°以上であることを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載の定着部材において、上記低融点金属は、融点が、上記樹脂層形成時における加熱温度以下であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９の何れか１つに記載の定着部材において、上記低融点金属は、融点が、定着に使用されるときの温度よりも高いことを特徴とする。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項１ないし１０の何れか１つに記載の定着部材と、この定着部材に圧接する加圧部材とを有する定着装置にある。
【００２８】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の定着装置において、上記定着部材と上記加圧部材との圧力が、０．５［ｋｇｆ／ｃｍ２］以上であることを特徴とする。
【００２９】
請求項１３記載の発明は、請求項１１又は１２記載の定着装置において、上記定着部材と上記加圧部材との圧力が、４．０［ｋｇｆ／ｃｍ２］以下であることを特徴とする。
【００３０】
請求項１４記載の発明は、請求項１１ないし１３の何れか１つに記載の定着装置において、上記定着部材と上記加圧部材とのうちの少なくとも何れかに一方に離型剤を塗布する離型剤塗布手段を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１５記載の発明は、請求項１１ないし１４の何れか１つに記載の定着装置を用いて定着を行う定着方法にある。
【００３２】
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の定着方法において、ワックス含有のトナーを用いて定着を行うことを特徴とする。
【００３３】
請求項１７記載の発明は、請求項１ないし１０の何れか１つに記載の定着部材、又は請求項１１ないし１４の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置にある。
【００３４】
請求項１８記載の発明は、請求項１５又は１６記載の定着方法を用いて画像形成を行う画像形成装置にある。
【００３５】
請求項１９記載の発明は、請求項１５又は１６記載の定着方法、又は、請求項１７又は１８記載の画像形成装置を用いて画像形成を行う画像形成方法にある。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を適用した実施の形態に係る画像形成装置を示す。本実施形態において画像形成装置はレーザープリンタであるが、本発明を適用する画像形成装置としては、レーザープリンタの他、複写機、ファクシミリ、これらの複合機等、何れの装置であってもよい。図１に示す画像形成装置１は単色画像を形成するものであるが、２色画像、フルカラー画像等のカラー画像を形成することが可能なものであっても良い。
【００３７】
画像形成装置１００は、給紙部１１４と、レジストローラ対１０６と、像担持体としての感光体ドラム１０８と、転写手段１１０と、定着装置１等を備えている。給紙部１１４は、シート状の記録媒体である画像担持体としての被定着シートたる用紙１３６が積載状態で収容される給紙トレイ１１４ａと、給紙トレイ１１４ａに収容された用紙１３６を最上のものから順に給送する給紙コロ１１６及び分離部材１１７等を備えている。
【００３８】
給紙コロ１１６によって送り出された用紙１３６はレジストローラ対１０６で一旦停止され、斜めずれを修正された後、感光体ドラム１０８の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム１０８上に形成される未定着現像剤像としてのトナー像の先端と用紙１３６の搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対１０６により転写部位Ｎへ送り出される。
【００３９】
感光体ドラム１０８の周囲には、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１１８と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー１２０と、現像剤としてのトナーを静電潜像に供給する現像ローラ１２２ａを備えた現像手段１２２と、転写手段１１０と、クリーニングブレード１２４ａを備えたクリーニング手段１２４が配置されている。帯電ローラ１１８と現像手段１２２の間において、ミラー１２０を介して感光体ドラム１０８上の露光部１２６に露光光１０３が照射されて走査されるようになっている。
【００４０】
画像形成装置１００における画像形成動作は従来と同様に行われる。感光体ドラム１０８が図示しない駆動手段によって回転されると、感光体ドラム１０８の表面が帯電ローラ１１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光１０３が露光部１２６において感光体ドラム１０８に照射、走査されて感光体ドラム１０８上に作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は感光体ドラム１０８の回転により現像手段１２２へ移動し、現像ローラ１２２ａによりトナーが供給されて可視像化され、未定着のトナー像が形成される。
【００４１】
感光体ドラム１０８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙１３６上に転写手段１１０による転写バイアス印加により転写される。トナー像を担持した用紙１３６は定着装置１へ向けて搬送され、定着装置１で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。
【００４２】
転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム１０８上に残った残留トナー等の異物は、感光体ドラム１０８の回転に伴ってクリーニング手段１２４に至り、このクリーニング手段１２４を通過する間にクリーニングブレード１２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム１０８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。
【００４３】
図２に示すように、定着装置１は、回転体としての定着部材である定着ローラ２と、定着ローラ２に圧接する回転体としての定着部材であり加圧部材である加圧ローラ３と、定着ローラ２と加圧ローラ３の外周面に当接して配設され、各ローラの表面温度を検知する温度検知手段である温度検出素子としての温度センサ２５，３５と、定着ローラ２に離型剤を塗布するための図示しない離型剤塗布手段とを備えている。
【００４４】
定着ローラ２、加圧ローラ３はそれぞれ、その中心に配設された金属製、具体的にはアルミ製で円筒状の基材としての芯金２１，３１と、芯金２１，３１の内部に配設された熱源としてのハロゲンヒータ２４，３４とを有している。定着ローラ２は図示しない駆動手段によって、図１において時計周りで回転駆動され、加圧ローラ３は定着ローラ２の回転に伴い従動回転する。
【００４５】
定着装置１は、定着ローラ２と加圧ローラ３との圧接部４０にて単色で固体のトナー５で形成されたトナー像を担持した用紙１３６を矢印７で示す方向に挟持搬送することにより、トナー像を符号６で示すように用紙１３６上に定着させるものである。離型剤塗布手段は、定着ローラ２に当接した離型剤塗布部材と、離型剤塗布部材に離型剤たるシリコンオイルを供給する離型剤供給部とを有し、離型剤塗布部材により、定着ローラ２の回転に伴ってシリコンオイルを定着ローラ２の表面に塗布するようになっている。離型剤塗布手段は、定着ローラ２のみならず、定着ローラ２とともにあるいは定着ローラ２に代えて加圧ローラ３に離型剤を塗布するものであっても良い。
【００４６】
定着の際、定着ローラ２、加圧ローラ３はそれぞれ、温度センサ２５，３５によって温度が計測され、計測された温度に基づいて定着ローラ２、加圧ローラ３の温度が定着に適した１５０℃程度の温度に保たれるようハロゲンヒータ２４，３４が点灯されるフィードバック制御が行われる。図１において、符号４はトナー５に含有されている離型剤としての固形状のワックスを示している。このワックス、シリコンオイルにより、定着ローラ２、加圧ローラ３に対するトナー５、用紙１３６の離型性が向上し、これらが定着ローラ２、加圧ローラ３に付着したり巻き付いたりすることを抑制する。
【００４７】
加圧ローラ３は図示しない付勢手段により定着ローラ２に向けて付勢、圧接され、定着ローラ２と加圧ローラ３とは互いに圧接されているのであるが、この加圧力が４．０［ｋｇｆ／ｃｍ２］より大きいと、トナーの付着が顕著となり、一方、加圧力が０．５［ｋｇｆ／ｃｍ２］より小さいと、定着性が非常に悪なる。したがって、定着装置１においては、定着ローラ３と加圧ローラ３との加圧力を、０．５［ｋｇｆ／ｃｍ２］以上、４．０［ｋｇｆ／ｃｍ２］以下の範囲とし、定着性を良好にしている。なお、かかる上限は、２．０［ｋｇｆ／ｃｍ２］であることがさらに好ましい。
【００４８】
定着ローラ２及び加圧ローラ３は、芯金２１，３１の外周面に離型層としての高分子組成層である樹脂層たる樹脂製の表層２３，３３をそれぞれ備えている。本形態の表層２３，３３は、少なくとも樹脂（フッ素樹脂を除く）を含む第１の組成物と、少なくともフッ素樹脂を含む第２の組成物とにより構成され、第１の組成物に含まれる樹脂（フッ素樹脂を除く）により構成される第１の相と、少なくとも第２の組成物に含まれるフッ素樹脂により構成される第２の相との２相以上で構成される。
【００４９】
耐久性向上の観点から、第１の組成物に芯金２１，３１への結合力の高い素材を用い、第２の組成物に第１の組成物への結合力の高い素材を用いるため、第１の相が芯金２１，３１に強く接着し、第２の相が第１の相に強く接着するとともに芯金２１，３１に接着する。熱伝導性向上等の観点から、第１の相には、低融点金属とフィラーとが含有され、第２の相にもフィラーが含有されることがある。
【００５０】
第１の組成物を構成する樹脂（フッ素樹脂を除く）としては、熱変形温度、言い換えると荷重たわみ温度（ＡＳＴＭ：Ｄ６４８、１．８２ＫＰａ）が、定着ローラ２，加圧ローラ３が定着に使用されるときの温度以上、具体的には１５０℃以上の樹脂が選択され、耐熱性、耐磨耗性を有するとともに、金属である芯金２１，３１上に接着性を有するものが好ましく、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等が挙げられる。これらの樹脂は組み合わせて使用しても良い。またこれらの耐熱樹脂は、これを芯金２１，３１に付着させる工程において、前駆体の溶液に溶かして、または樹脂そのものの粉体として、あるいは樹脂そのものを溶液に溶かし溶液化して用いる。
【００５１】
第１の組成物は、少なくとも樹脂（フッ素樹脂を除く）を含むものであり、フッ素樹脂を含んでいても良く、フッ素樹脂を含ませる場合、かかる溶液には簡単にフッ素樹脂粉末が混合・分散が容易であり、浸漬や塗布により簡便に芯金２１，３１上に表面平滑性よく被覆可能である。第１の組成物を形成させる樹脂が熱可塑性の場合は溶剤を蒸発させるだけで、また、同樹脂が熱硬化性の場合は溶剤を蒸発させた後に熱硬化させることによって芯金２１，３１上に耐熱樹脂層２３，３３を形成することができる。
【００５２】
ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）の前駆体溶液は知られており、さらに、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）はジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）に溶解、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）は、ジメチルホルムアミド、塩化メチレン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに可溶であることが知られており、第１の相を芯金２１，３１上に付着させるための工程ではこれらの溶液を用いることができる。
【００５３】
また、第２の組成物を構成するフッ素樹脂や、第１の組成物がフッ素樹脂を含む場合にそのフッ素樹脂として用いられるフッ素樹脂としては、焼成による溶融成膜性のよい、比較的融点の低いもの、好ましくは２５０〜３００℃の融点を有するものが好ましく、具体的には、低分子量ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフロオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアアルキアルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）の微粉末等が挙げられる。
【００５４】
低分子量ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末としては、ルブロンＬ−５、Ｌ−２（ダイキン工業）、ＭＰ１１００、１２００、１３００、ＴＬＰ−１０Ｆ−１（三井デュポンフロロケミカル）が知られている。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（ＦＥＰ）粉末としては、５３２−８０００（デュポン）が知られている。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（ＰＦＡ）としては、ＭＰ−１０、ＭＰ１０２、（三井デュポンフロロケミカル）が知られている。
【００５５】
低融点合金としては、表層２３，３３形成のための加熱時におけるフッ素樹脂の分解防止の観点から、融点が、表層２３，３３形成時における加熱温度以下であるとともに、高熱伝導性の観点、高耐久性、高熱伝導性の観点から、融点が、定着ローラ２、加圧ローラ３が定着に使用されるときの温度より高いものが好ましく、Ｐｂ／Ｓｎ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ｂｉ、Ｐｂ／Ｓｎ／Ａｇ、Ｐｂ／Ａｇ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｚｎ系等の金属合金などを用いることができる。低融点金属は、フィラーを連結させ導電性、熱伝導性、耐久性を向上させる。低融点金属は溶けることでフィラーを強固に連結させ、かかる性質をさらに向上させる。
【００５６】
フィラーには、熱伝導性層としての機能を持たせる観点からは、２ｗ／ｍＫ以上の伝熱係数を有する材料である熱伝導性フィラーを用いることが好ましく、熱伝導性フィラーとしては、ＡｌＮ（３００ｗ／ｍＫ）、ｍｅｔａｌ  Ｓｉ（９０ｗ／ｍＫ）、Ａｌ２Ｏ３（２０ｗ／ｍＫ）、  ＳｉＯ２（２ｗ／ｍＫ）や、ダイヤモンド、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、大理石、ガラス、酸化マグネシウム、窒化ホウ素等や炭素繊維、グラスファイバー等の繊維状体やケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンやグラファイト、銀、ニッケル、銅等の金属やこれら合金及びマイカ、カーボン、ガラス等にメッキした複合金属、酸化錫、酸化インジウム、酸化ベリリウム等の酸化金属が挙げられる。
【００５７】
これらの材料のうち、金属は、導電体すなわち導電性フィラーとして用いることが可能であり、導電性フィラーを含有させることは、導電性向上の観点から好ましい。これら熱伝導性フィラー、導電性フィラーは耐磨耗性向上の観点からも含有されることがある。これらのフィラーのうち、針状フィラー、繊維状フィラーは、低融点金属の割合が少なくても、その長さによって、フィラー間の接続の確率が高く、各特性を向上することができる。かかる形態の方が熱、または、電気の通り道をその形態故に長く取るのに有利である。
【００５８】
また例えばポリイミド系樹脂、ＰＥＳ系樹脂、ＬＣＰ系樹脂等の耐熱樹脂の複合材において熱伝導を左右する要因としてはかかるフィラーの充填量、形状、サイズ、分散形態等あるが、充填量は耐熱樹脂１００重量部に対し、０．１〜５０重量部が好ましい。０．１重量部未満だと、熱伝導効果が十分発揮できない傾向があり、また５０重量部を超えると、バインダーとなる耐熱樹脂との接着面積が減少し、強度の低下が激しくなる傾向があるからである。
【００５９】
低融点金属は、フィラーの充填量の５〜５０重量部が好ましい。低融点金属は、耐食性が劣るものが多いため、フィラーより少ないことが望ましいものである。また、圧接部４０など、ニップとも言われる定着部においては、用紙からの水蒸気に曝される環境のため、必要以上の量とすることは避けるのが好ましい。
【００６０】
表層２３，３３の表面すなわちフッ素樹脂よって形成される、第２の相により構成される面の表面粗さは、離型性及び画質の向上の観点から５μｍ以下とすることが望ましく、さらに同観点から後述する実施例のように２μｍ以下とすることが好ましい。また、フッ素樹脂は通常、離型性の尺度となる水に対する接触角が１２０°以上あるため、離型性が良好であるが、フィラーを混ぜると、かかる接触角が低下し、離型性が低下する。離型性確保の観点から、表層２３，３３の表面の接触角は８０°以上であることが好ましく、よって、本実施形態においてかかる表面を形成するフッ素樹脂は、水に対する接触角を８０°以上とされ、フィラーを混ぜる際にはこの点に留意される。
【００６１】
一般にフッ素樹脂は４００℃を超えると分解が始まるため、表層２３，３３を形成するために加熱を要する場合には、この温度を超えないよう加熱する必要がある。また上述した例を含め、フッ素樹脂か否かによらず、樹脂の融点は一般に３００℃程度である。よって、かかる加熱はおよそ３００℃から４００℃までの範囲で行うことが好ましい。かかる分解温度４００℃を考慮すると、加熱は３８０℃程度で行うことが望ましい。
【００６２】
（実施例１）
本実施例は、表層２３，３３を形成するための、第１の相と第２の相とを有する熱伝導率測定用のサンプルを製造したものである。まず、ＬＣＰ中に、Ｎｉ粉（平均粒径２．５μｍ、見掛け密度０．８ｇ／ｃｍ２）を１０ｗｔ％，Ｓｎ粉（平均粒径１５．８μｍ、見掛け密度０．７ｇ／ｃｍ２）を２ｗｔ％混合し、加熱混合した後、冷却後再粉砕して、平均粒径１２μｍの粉体を得た。
【００６３】
次に、この金属含有ＬＣＰに、ＰＦＡを混合し、常温圧縮の後、２ｍｍ程度の厚さの状態とした。これを３８０℃で焼成し、樹脂を溶融させた後に冷却し、サンプルを作製した。金属含有ＬＣＰとＰＦＡとの混合重量比は、２：８である。図３に示すように、このサンプルでは、かかる金属含有ＬＣＰの領域である第１の相Ｘと、純ＰＦＡの領域である第２の相Ｙとが形成されている。
【００６４】
このサンプルにより、熱伝導率を測定したところ、１．３０Ｗ／ｍＫであった。ＰＦＡの熱伝導率は、０．２５Ｗ／ｍＫ、金属含有ＬＣＰの熱伝導率は、１５．０Ｗ／ｍＫである。したがって、ＰＦＡ単相の場合に比べて熱伝導性が大きく向上している。また、電気抵抗を測定したところ、２００Ωｃｍであり、導電性フィラーの働きにより、定着時に発生する静電気を逃がすのに十分な低さとなっていた。
【００６５】
（実施例２）
本実施例は、実施例１における熱伝導率測定用のサンプルと同じ組成の剤を用いて、表層２３，３３を有する定着ローラ２、加圧ローラ３を製造したものである。まず、ＬＣＰ中に、Ｎｉ粉（平均粒径２．５μｍ、見掛け密度０．８ｇ／ｃｍ２）を１０ｗｔ％，Ｓｎ粉（平均粒径１５．８μｍ、見掛け密度０．７ｇ／ｃｍ２）を２ｗｔ％混合し、加熱混合した後、冷却後再粉砕して、平均粒径１２μｍの粉体を得た。
【００６６】
次に、この金属含有ＬＣＰに、ＰＦＡを混合し、芯金２１，３１となるアルミニウム管に静電塗装し、塗装したかかる混合樹脂を３８０℃で溶融させた後に冷却し、これを粒径の異なるコランダム粒子で研磨することにより、表面粗さＲｚで、２μｍ以下の定着ローラ２、加圧ローラ３を得た。最終厚みは５０μｍであった。
【００６７】
図３に定着ローラ２、加圧ローラ３の表面を、図４に定着ローラ２、加圧ローラ３の断面を示した。ＰＦＡは透明なため、図３に示すように、上から見た状態ですべてが見えるようになっている。図３、図４から分かるように、この定着ローラ２、加圧ローラ３では、かかる金属含有ＬＣＰの領域である第１の相Ｘと、純ＰＦＡの領域である第２の相Ｙとが形成され、アルミ地金の芯金２１，３１に金属含有ＬＣＰによって構成された第１の相Ｘが接着しており、それらに接するようにＰＦＡによって構成された第２の相Ｙが覆っている。
【００６８】
この構造のため耐久性がＰＦＡのみの場合に比べ向上している。また、実施例１のサンプルと同様に熱伝導性が良く、フッ素樹脂の相Ｙが表面に位置しており離型性も良好である。定着ローラ２、加圧ローラ３を（株）リコー製  ＭＦ４５７０に組み込み、１００００枚の黒ベタ画像を形成し、定着ローラ２、加圧ローラ３表面のトナーの付着状態を観察したところ、特に大きな付着は観察されず、初期状態と何ら変わりがなかった。
【００６９】
（実施例３）
本実施例は、実施例１の金属含有ＬＣＰとＰＦＡとの混合重量比を、実施例１と同じ２：８として作成した熱伝導率測定用のサンプルのみならず、１：９、２：８、４：６、５：５、６：４として作成した熱伝導率測定用のサンプルを作製した。金属含有ＬＣＰの作成方法は、実施例１と同じである。これら各混合重量比で作成したサンプルの熱伝導率を表１の右欄に示す。また、これら各混合重量比で作成したサンプルと同じ組成の剤を用いて、表層２３，３３を有する定着ローラ２、加圧ローラ３を実施例２と同じ製法で製造し、（株）リコー製  ＭＦ４５７０に組み込み、１０００枚の黒ベタ画像を形成し、定着ローラ２、加圧ローラ３のトナーの付着状態を観察したところ、表１の中欄のようになった。
【００７０】
【表１】
2005031156.tif 000003
【００７１】
表１から、金属含有ＬＣＰとＰＦＡとの重量比は、トナー付着すなわち離型性の観点からは、５：５以下の割合で金属含有ＬＣＰが含有されていることが好ましく、また熱伝導率の観点からは、２：８以上の割合で金属含有ＬＣＰが含有されていることが好ましいことが分かる。したがって、離型性と熱伝導性を同時に満たす金属含有ＬＣＰすなわち第１の相とＰＦＡすなわち第２の相との重量比は、２：８から５：５の範囲であることが分かった。
【００７２】
（実施例４）
本実施例は、実施例３に比して、ＰＦＡがケッチェンブラックを３ｗｔ％含有している点で異なっている。金属含有ＬＣＰとＰＦＡ（ケッチェンブラック３ｗｔ％）の混合重量比を、１：９、２：８、４：６、５：５、６：４にした剤を用い、実施例３と同様の製法で、実施例３と同様の熱伝導率測定用のサンプルと、実施例３と同様の表層２３，３３を有するＲｚが２μｍの定着ローラ２、加圧ローラ３を製造した。
【００７３】
実施例３と同様に、これら各混合重量比で作成したサンプルの熱伝導率を表２の右欄に示す。また実施例３と同様に、かかる定着ローラ２、加圧ローラ３を（株）リコー製  ＭＦ４５７０に組み込み、１００００枚の黒ベタ画像を形成し、定着ローラ２、加圧ローラ３のトナーの付着状態を観察したところ、表２の中欄のようになった。なお、表２の左欄において、金属含有ＬＣＰは単にＬＣＰと記載し、ＰＦＡ（ケッチェンブラック３ｗｔ％）は単にＰＦＡと記載している。
【００７４】
【表２】
2005031156.tif 000004
【００７５】
表２から、金属含有ＬＣＰとケッチェンブラック３ｗｔ％含有ＰＦＡとの重量比は、トナー付着すなわち離型性の観点からは、４：６以下の割合で金属含有ＬＣＰが含有されていることが好ましく、また熱伝導率の観点からは、２：８以上の割合で金属含有ＬＣＰが含有されていることが好ましいことが分かる。したがって、離型性と熱伝導性を同時に満たす金属含有ＬＣＰすなわち第１の相とケッチェンブラック３ｗｔ％含有ＰＦＡすなわち第２の相との重量比は、２：８から４：６の範囲であることが分かった。
【００７６】
（実施例５）
本実施例は、実施例４と同様にして、Ｒｚが２μｍの定着ローラ２、加圧ローラ３を作製した。比較のためケッチェンブラックを３ｗｔ％含有したＰＦＡ単相の定着ローラ、加熱ローラを作製した。これら定着ローラ２、加圧ローラ３と定着ローラ、加圧ローラとを（株）リコー製  ＭＦ４５７０に組み込み、コ−ルドオフセットを生じる温度とホットオフセットを生じる温度を測定した。
【００７７】
なお、オフセット温度の変化を顕著にする目的で、定着の加圧バネ厚を弱め、定着ローラ２及び加圧ローラ３、定着ローラ及び加圧ローラの接している幅であるニップ幅を、標準より２０％減らし、定着性を低下させる条件の下で測定した。また表３の左欄において、金属含有ＬＣＰは単にＬＣＰと記載し、ＰＦＡ（ケッチェンブラック３ｗｔ％）は単にＰＦＡと記載している。
【００７８】
【表３】
2005031156.tif 000005
【００７９】
表３から、オフセット、すなわちホットオフセット及びコールドオフセットの生じる温度は金属含有ＬＣＰとケッチェンブラック３ｗｔ％含有ＰＦＡとの重量比を変えてもほぼ均一であり、また、ホットオフセットの生じる温度に関しては、金属含有ＬＣＰ及びケッチェンブラック３ｗｔ％含有ＰＦＡを有する表層２３，３３を備えた定着ローラ２、加圧ローラ３と、ケッチェンブラック３ｗｔ％含有ＰＦＡ単相の定着ローラ、加圧ローラとではほぼ同じである。
【００８０】
しかし、コールドオフセットの生じる温度に関しては、金属含有ＬＣＰ及びケッチェンブラック３ｗｔ％含有ＰＦＡを有する表層２３，３３を備えた定着ローラ２、加圧ローラ３における温度が、ケッチェンブラック３ｗｔ％含有ＰＦＡ単相の定着ローラ、加圧ローラにおける温度よりも、３０〜３５℃ほど下がっている。
【００８１】
コールドオフセットの生じる温度が低いことは、加熱手段たる熱源からトナーへの熱伝達が効率よく行われていることを意味する。コールドオフセット温度は低いほど安定した定着を可能とするものであるから、本発明を適用した安定した表層２３，３３を備えた定着ローラ２、加圧ローラ３は、定着性に優れている。このように、熱伝導性が向上し、より低い温度で定着が可能であるため、消費エネルギーの節減にも寄与する。
【００８２】
以上本発明について説明したが、本発明は、上述の定着装置１すなわち熱ローラ対タイプの定着装置のみならず、ベルト定着装置にも適用することができる。ベルト定着装置は、たとえば、加熱手段としてのヒータにより加熱され、トナーを定着されるシート状の記録媒体を搬送するための回転する回転体たる無端の定着ベルト、定着ベルトを巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラ、定着ベルトを介して定着ローラに対向して配置される回転体たる加圧部材としての加圧ローラ等を構成要素とし、定着ベルトと加圧ローラとによって形成される当接領域であるニップ部に、これらの回転により、トナーを定着される用紙を搬送して通過させ、加熱加圧してトナー像を定着するものである。
【００８３】
このようなベルト定着装置に本発明を適用する場合、かかる定着ベルト、加圧ローラ、加熱ローラ及び定着ローラ等を本発明にかかる定着部材とすることができる。またこの定着部材を備えた定着装置、この定着装置を用いた定着方法、かかる定着装置を備えた画像形成装置、かかる定着方法により画像形成を行う画像形成装置、かかる定着方法を用いて画像形成を行う画像形成方法も本発明の適用の対象である。
【００８４】
【発明の効果】
本発明は、樹脂層を表面に有する定着部材において、上記樹脂層が、低融点金属を含有する第１の相と、第１の相と異なる組成の第２の相とを有し、第１の相と第２の相とのうち少なくとも第１の相がフィラーを含有しているので、低融点金属がフィラーを連結させフィラーによる導電性、熱伝導性、耐久性を向上させるとともに、低融点金属自身も導電性を向上させ、導電性、離型性及び熱伝導性に優れ耐久性が高い離型層を表面に有する定着部材を提供することができる。
【００８５】
第１の相が樹脂（フッ素樹脂を除く）を含有していることとすれば、基材に対する接着力が強く、離型性及び熱伝導性に優れ耐久性が高い離型層を表面に有する定着部材を提供することができる。
【００８６】
樹脂（フッ素樹脂を除く）は、熱変形温度が、定着に使用されるときの温度よりも高いこととすれば、定着時に、ブレード等のクリーニング手段、離型剤塗布手段、記録媒体を定着部材から分離するための分離爪、温度検出素子、加圧部材等の当接、押圧等によっても変形しにくく剥がれにくく、かかる部材が食い込みにくく磨耗しにくいとともに、大量の記録媒体に当接した場合でも記録媒体から発生する紙粉に含まれる種々の無機充填剤により表面が摺擦されても磨耗しにくくいので、耐久性に優れた離型層を表面に有する定着部材を提供することができる。
【００８７】
第２の相がフッ素樹脂を含有していることとすれば、フッ素樹脂の離型性が大きいので離型性及び熱伝導性に優れ耐久性が高い離型層を表面に有する定着部材を提供することができる。
【００８８】
フィラーが、熱伝導性フィラーであることとすれば、熱伝導性が向上し離型性を確保しつつ全体として熱伝導性に優れるとともに耐久性に優れた離型層を表面に有する定着部材を提供することができ、また、フィラーとともに低融点金属が含有されているので単なるフィラー含有の場合に比して熱伝導率が向上し、離型層全体で従来の３倍程度の熱伝導率を得ることができ、さらには、第１の相のみに熱伝導性フィラーを含ませることにより、第１の相に熱伝導機能を担わせ、第２の相に離型性等を担わせるなど、各相に役割分担をさせることができる定着部材を提供することができる。
【００８９】
フィラーが、導電性フィラーであることとすれば、導電性が向上し離型性及び熱伝導性を確保しつつ全体として導電性に優れるとともに耐久性に優れた離型層を表面に有する定着部材を提供することができ、また、フィラーとともに低融点金属が含有されているので単なるフィラー含有の場合に比して導電率が大きく、定着時に生じる静電気を逃がすことも可能となり、さらには、第１の相のみに導電性フィラーを含ませることにより、第１の相に導電機能を担わせ、第２の相に離型性等を担わせるなど、各相に役割分担をさせることができる定着部材を提供することができる。
【００９０】
樹脂層の表面粗さが５μｍ以下であることとすれば、表面が滑らかであるため、光沢度が向上し、ベタ画像に良好に対応した、高画質の定着に寄与できるとともに、耐久性及び離型性に優れた離型層を表面に有する定着部材を提供することができる。
【００９１】
樹脂層の表面の水に対する接触角が８０°以上であることとすれば、フィラーを含有する場合であっても離型性を確保することで、かかる接触角が８０°未満になってぬれ過ぎが生じトナーが樹脂層に付着して定着不良が発生することを防止し、離型性及び熱伝導性に優れ耐久性が高い離型層を表面に有する定着部材を提供することができる。
【００９２】
低融点金属は、融点が、樹脂層形成時における加熱温度以下であることとすれば、樹脂層形成時に樹脂の分解を生じることなく低融点金属を溶融させ、フィラーを強固に接続することが可能となり、離型性、熱伝導性、耐久性がさらに向上した離型層を表面に有する定着部材を提供することができる。
【００９３】
低融点金属は、融点が、定着に使用されるときの温度よりも高いこととすれば、定着時における低融点金属の溶融を防止し、離型性及び熱伝導性に優れ耐久性が高い離型層を表面に有する定着部材を提供することができる。
【００９４】
本発明は、請求項１ないし１０の何れか１つに記載の定着部材と、この定着部材に圧接する加圧部材とを有する定着装置にあるので、上述の各効果を奏し、耐久性に優れた信頼性の高い定着装置を提供することができる。
【００９５】
定着部材と加圧部材との圧力が、０．５［ｋｇｆ／ｃｍ２］以上であることとすれば、例えば多くのトナーを定着させる際には定着性はかかる圧力に依存するが、トナーの定着性を十分に確保して定着の安定性に優れた信頼性の高い定着装置を提供することができる。
【００９６】
定着部材と加圧部材との圧力が、４．０［ｋｇｆ／ｃｍ２］以下であることとすれば、例えばトナーがワックスを含有している場合や定着部材等に離型剤が塗布される場合にもワックス、離型剤がトナー樹脂本体、定着部材から分離することを防止し、離型性に優れた信頼性の高い定着装置を提供することができる。
【００９７】
定着部材と加圧部材とのうちの少なくとも何れかに一方に離型剤を塗布する離型剤塗布手段を有することとすれば、トナーや記録媒体と定着部材との離型性、剥離性が向上し、長寿命であるとともにジャム等を防止した信頼性の高い定着装置を提供することができる。
【００９８】
本発明は、請求項１１ないし１４の何れか１つに記載の定着装置を用いて定着を行う定着方法にあるので、上述の各効果を奏し良好に定着を行うことができる信頼性の高い定着方法を提供することができる。
【００９９】
ワックス含有のトナーを用いて定着を行うこととすれば、トナー中のワックスが定着部材や加圧部材に塗布されるため、両面定着を行う場合を含めてトナーに含まれる樹脂等が樹脂層に直接接触することで生じるオフセットを防止するとともに、トナーに含まれる樹脂等が樹脂層付着しかかる樹脂等が接着剤のように機能することで生じる定着部材や加圧部材への記録媒体の巻き付きを防止し、トナーと定着部材との離型性、剥離性が向上し、長寿命であるとともに良好な定着を行うことができる信頼性の高い定着方法を提供することができる。
【０１００】
本発明は、請求項１ないし１０の何れか１つに記載の定着部材、又は請求項１１ないし１４の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏し、耐久性に優れ、良好な画像形成を行うことができエネルギー消費量を抑制した信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。
【０１０１】
本発明は、請求項１５又は１６記載の定着方法を用いて画像形成を行う画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏し、良好な画像形成を行うことができエネルギー消費量を抑制した信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。
【０１０２】
本発明は、請求項１５又は１６記載の定着方法、又は、請求項１７又は１８記載の画像形成装置を用いて画像形成を行う画像形成方法にあるので、上述の各効果を奏し、良好な画像形成を行うことができる信頼性の高い画像形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の模式図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に備えられた定着装置の模式図である。
【図３】図２に示した定着装置に備えられた定着部材の表層を示す平面図である。
【図４】図３に示した表層の側断面図である。
【符号の説明】
１    定着装置
２，３    定着部材
３    加圧部材
１００    画像形成装置
Ｘ    第１の相
Ｙ    第２の相
【図１】
2005031156.tif 000006
【図２】
2005031156.tif 000007
【図３】
2005031156.tif 000008
【図４】
2005031156.tif 000009