(57)【要約】【課題】加熱回転体と加熱部材との間にシートを介すことなく、加熱回転体の表層の摩耗を抑制する。【解決手段】定着ローラ１のうち最も外周側には、弾性を有する離型層１４が設けられ、ヒータ３１のうち離型層１４に対向する面よりもビッカース硬度が高い炭化珪素フィラー１４１が、ヒータ３１に当接可能に離型層１４に埋設され、離型層１４と炭化珪素フィラー１４１とが機械的に結合され、炭化珪素フィラー１４１は、ヒータ３１に当接した場合に、ヒータ３１によって離型層１４内部側に押し込まれるように構成されており、離型層１４の弾性の度合いと炭化珪素フィラー１４１の大きさとの関係が、離型層１４が摩耗しても離型層１４と炭化珪素フィラー１４１との機械的な結合状態が解除されない関係となるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに圧接してニップ部を形成する加熱回転体及び加圧回転体と、
前記加熱回転体の外周側に配設され、前記加熱回転体の外周面のうち前記ニップ部を除く位置に当接して加熱を行う加熱部材と、
を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送させて、前記加熱部材により加熱された前記加熱回転体の熱で記録材を加熱する像加熱装置において、
前記加熱回転体のうち最も外周側には、弾性を有する表層が設けられ、
前記加熱部材のうち前記表層に対向する面よりもビッカース硬度が高いフィラーが、前記加熱部材に当接可能に前記表層に埋設され、前記表層と前記フィラーとが機械的に結合され、
前記フィラーは、前記加熱部材に当接した場合に、前記加熱部材によって前記表層内部側に押し込まれるように構成されており、
前記表層の弾性の度合いと前記フィラーの大きさとの関係が、前記表層が摩耗しても前記表層と前記フィラーとの機械的な結合状態が解除されない関係となるように構成されていることを特徴とする像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用する画像形成装置における定着装置において、転写紙、ＯＨＰ等の記録材上に転写された未定着トナー像を記録材上に定着させる定着装置には加熱定着装置が広く利用されている。加熱定着装置としては、加熱された定着ローラ（加熱回転体）に加圧ローラ（加圧回転体）を圧接させ、記録材を両ローラで挟持搬送しながら未定着トナー像を加熱溶融して未定着トナー像の定着を行う熱ローラ方式のものが広く用いられてきた。また、近年では省エネルギー、ウエイト時間短縮のニーズから、消費電力、ウエイト時間に優れた加熱定着装置として、加熱フィルム方式の定着装置が提案されている。加熱フィルム方式は、加熱部と加圧ローラの間に熱容量の小さい薄肉の定着フィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフィルム加熱方式の定着装置である。しかしながら、加熱フィルム方式では定着フィルムが加圧ローラの回転駆動により従動回転するため、熱ローラ方式に比べると一般に加圧力は低目の設定となり、高速化に際しては若干不利な点があった。
そこで、低消費電力、短いウエイト時間といった優位点は保持しつつも、高速化への対応も容易な定着方式として新たに提案されているのが、外部加熱方式である。
【０００３】
外部加熱方式の定着装置では、定着ローラの表面（外周面）に外部から接触して定着ローラの表面を加熱する加熱手段（加熱部材）が設けられている。そして、定着ローラ表面のうち、加熱手段によって加熱される部位以外で、加圧ローラが圧接されることでニップ部が形成される。このニップ部で記録材が挟持搬送されながら未定着トナー像が加熱溶融され定着が行われる（特許文献１参照）。
外部加熱手段によって定着ローラの表層のみを素早く所望の温度にまで加熱できるため、定着ローラ内部に加熱手段を内蔵した従来の熱ローラ方式の加熱定着装置と比較して低消費電力、短いウエイト時間に対応できる。また、加熱フィルム方式のように従動式のフィルムを用いないため、加圧力も高めに設定することが可能であり、高速化も容易である。
さらに、特許文献１によれば、定着ローラの表面近傍に弾性体で構成される高熱伝導層を設けることで、定着ローラ表面近傍の蓄熱量を大きくすることが出来るため、より熱効率の高い定着動作を行うことが可能となる。
このように、外部加熱方式の加熱定着装置を用いることで、低消費電力、短いウエイト時間に対応しながらも、高速化が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２３１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、外部加熱方式の加熱定着装置では、定着ローラが回転駆動した際に、定着ローラと加熱手段との擦動によって、定着ローラ表層が摩耗してしまうことが懸念される。この対策としては、特許文献１にあるように、定着ローラと加熱手段との間に低摩擦性のシートを介する構成が挙げられる。
しかしながら、定着ローラと加熱手段との間にシートを介すことで、加熱手段から定着ローラへの熱移動が阻害されるおそれがある。このため、所望の温度まで定着ローラを加
熱する際に、シートが無い構成と比較した場合、より多くの電力と時間が必要となってしまうことが懸念される。
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、加熱回転体と加熱部材との間にシートを介すことなく、加熱回転体の表層の摩耗を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
互いに圧接してニップ部を形成する加熱回転体及び加圧回転体と、
前記加熱回転体の外周側に配設され、前記加熱回転体の外周面のうち前記ニップ部を除く位置に当接して加熱を行う加熱部材と、
を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送させて、前記加熱部材により加熱された前記加熱回転体の熱で記録材を加熱する像加熱装置において、
前記加熱回転体のうち最も外周側には、弾性を有する表層が設けられ、
前記加熱部材のうち前記表層に対向する面よりもビッカース硬度が高いフィラーが、前記加熱部材に当接可能に前記表層に埋設され、前記表層と前記フィラーとが機械的に結合され、
前記フィラーは、前記加熱部材に当接した場合に、前記加熱部材によって前記表層内部側に押し込まれるように構成されており、
前記表層の弾性の度合いと前記フィラーの大きさとの関係が、前記表層が摩耗しても前記表層と前記フィラーとの機械的な結合状態が解除されない関係となるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、加熱回転体と加熱部材との間にシートを介すことなく、加熱回転体の表層の摩耗を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の加熱定着装置の概略構成を示す断面図
【図２】実施例１の定着ローラの概略断面図
【図３】実施例１のセラミックヒータの概略構成を示す図
【図４】比較例２，３における離型層について説明するための図
【図５】実施例１と比較例３における離型層について説明するための図
【図６】比較例２における離型層について説明するための図
【図７】実施例３の定着ローラの概略断面図
【図８】画像形成装置の概略構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
［実施例１]
以下に、実施例１について説明する。図８は、本実施例における電子写真方式の作像プロセスを採用した画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【００１０】
図８に示すように、感光ドラム５１は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電ローラ５２によって一様に帯電される。次に、レーザスキャナ５３により、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、感光ドラム５１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置５４によりトナー（現像剤）を用いて現像、可視化される。可視化されたトナー像（現像剤像）は、転写ローラ５５により
、所定のタイミングで搬送された記録材４上に感光ドラム５１上より転写される。
所定のタイミングで搬送された記録材４は、感光ドラム５１と転写ローラ５５とにより一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録材４は像加熱装置としての加熱定着装置１０へと搬送され、永久画像として定着される。一方、感光ドラム５１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置５６により感光ドラム５１表面より除去される。
【００１１】
図１は、本実施例の加熱定着装置１０の概略構成を示す断面図である。
加熱定着装置１０は、定着ローラ１と、加圧ローラ２と、加熱手段３とを有する。ここで、定着ローラ１は加熱回転体に相当するものである。また、加圧ローラ２は、定着ローラ１と互いに圧接してニップ部としての接触部６を形成するものであり、加圧回転体に相当する。また、加熱手段３は、定着ローラ１の外周側に配置され、定着ローラ１の外周面のうち接触部６を除く位置に当接して定着ローラ１を加熱するものである。
そして、加熱定着装置１０においては、接触部６で未定着トナー像５を担持した記録材４を狭持搬送することで、加熱手段３により加熱された定着ローラ１の熱を用いて、未定着トナー像５を記録材４に定着させている。
【００１２】
図２は、図１のＡＢ断面での定着ローラ１の概略断面図である。
定着ローラ１は外径約１４ｍｍであり、直径８ｍｍのステンレス製の芯金（基材）１１の外周側に、厚み約３ｍｍの低熱伝導性シリコーンゴムで形成された低熱伝導層１２を備えている。定着ローラ１はさらに、低熱伝導層１２の外周側に、厚さ１００μｍの高熱伝導性シリコーンゴムからなる高熱伝導層１３、厚み１０μｍのフッ素樹脂からなり弾性を有する表層としての離型層１４を順次備えている。離型層１４を構成するフッ素樹脂としては、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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（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）等を含むとよい。ここで、離型層１４は、記録材４上の未定着トナー像５と接触する層であり、定着動作時に、記録材４上の溶融したトナーが定着ローラ１表面に付着するのを防止するためのものである。
そして、定着ローラ１において、芯金１１を除く芯金上の全ての層の長手方向の幅は２３０ｍｍである。ここで、本実施例において、長手方向とは、定着ローラ１又は加圧ローラ２の回転軸方向をいうもので、これは、記録材搬送方向に直交する記録材の幅方向でもある。
【００１３】
低熱伝導層１２の低熱伝導性の弾性層はシリコーンゴム組成物であり、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、いかなるものでも構わない。
【００１４】
高熱伝導層１３はソリッド（発泡されていない中実）のシリコーンゴムからなり、熱伝導率を上げるために高熱伝導性の粒子（アルミナ、窒化アルミ、石英等）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く、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／ｍ・Ｋ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が、厚過ぎると熱容量が大きいため定着ローラ温度が上がらなくなり、返って定着効率を損ねる可能性がある。
また、高熱伝導層１３の厚みは、記録材４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４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。
【００１５】
本発明者らの検討結果によれば、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が、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４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、熱容量が増大になり、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１００ｍｍ／ｓｅｃであり、この速度での最適な厚みが数値計算によると約１００μｍである。
【００１６】
本実施例では、定着ローラ１のうち最も外周側の層である離型層１４には、炭化珪素フィラー１４１を添加した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）を用いている。炭化珪素フィラー１４１においては、ビッカース硬度が約２２（ｇｐａ）、熱伝導率が約６０（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。炭化珪素フィラー１４１とＰＦＡを水系分散材に混ぜ、これを高熱伝導層１３の上に塗布し、３２０℃以上の高温で焼成することで成膜した。このように、炭化珪素フィラー１４１は、加熱手段３に当接可能に離型層１４に埋設されており、離型層１４と炭化珪素フィラー１４１とは機械的に結合された状態にある。炭化珪素フィラー１４１が離型層１４表面から抜けてしまうことを防止する部分（所謂アンダーカット部分）が離型層１４に存在することで、離型層１４と炭化珪素フィラー１４１とは機械的に結合され、炭化珪素フィラー１４１は離型層１４に保持されている。
【００１７】
炭化珪素フィラー１４１は離型層１４中に略均一に分散しており、離型層１４における炭化珪素フィラー１４１（熱伝導性フィラー）の面積率は約５％、粒径は５μｍ程度である。ここで面積率とは、離型層１４の外周面の面積と、この外周面上に存在する炭化珪素フィラー１４１の全てを離型層１４の外周面に沿って周方向に切断した場合の炭化珪素フィラー１４１の総断面積との和に対する、炭化珪素フィラー１４１の総断面積の割合をいう。
また、炭化珪素フィラー１４１の一部は、離型層１４の表面上に露出しており、離型層１４の表面近傍を拡大した図４（ａ）に示すように、主に炭化珪素フィラー１４１が凸部、ＰＦＡが凹部である凹凸形状を形成している。
【００１８】
加圧ローラ２は、ステンレス製の外径１３ｍｍの芯金２１の外側に、厚み約２．５ｍｍシリコーンゴムの弾性層２２を形成し、さらにその表層に厚さ約３０μｍのＰＦＡからなる離型層２３を設けた構成から成り、長手方向の弾性層の幅は約２３０ｍｍである。本実施例で用いた弾性層２２は、中空フィラーが分散されていないタイプのものである。しかし、定着ローラの低熱伝導層１２のように、中空フィラーが分散されていても構わない。
定着ローラ１と加圧ローラ２は互いに軸方向に並列になるように配列され、総加圧力１５ｋｇｆ（１４７Ｎ）で圧接されている。このとき定着ローラ１と加圧ローラ２の間には接触部６が形成される。本実施例における接触部６の幅（記録材搬送方向の長さ）は約６ｍｍであった。
定着ローラ１が不図示の駆動系により図１に示す矢印の時計方向に回転駆動され、加圧ローラ２は定着ローラ１の回転方向に従動して回転し、接触部６に未定着トナー像５を載せた記録材４が導入されたときに定着ローラ１と協働して記録材４を挟持搬送する。
【００１９】
加熱手段３は定着ローラ１を外部から加熱する手段、すなわち、定着ローラ１の外周側に配設され、定着ローラ１の外周面のうち接触部６を除く位置に当接して加熱を行う手段である。加熱手段３は、加熱部材（発熱体）としてのセラミックヒータ（以下、ヒータ）３１と、ヒータ３１を断熱支持する支持体であるステー３２からなる。
図３は、ヒータ３１の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣＤ断面における断面図である。
ヒータ３１は、長手方向の長さ約２５０ｍｍ、幅（記録材搬送方向の長さ）約６ｍｍのアルミナ基板３１１を有している。そしてヒータ３１は、アルミナ基板３１１に、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の通電発熱抵抗体層３１２をスクリーン印刷により厚み約１０μｍ、長手方向長さ約２１０ｍｍ、幅約２．０ｍｍの細帯状で折り返したパターンで塗布された構造となっている。通電発熱抵抗体層３１２は、幅方向に対する基板中心を中心線として線対称になるように塗布されている。
アルミナ基板３１１において、長手方向両端部のうち一方の端部付近にはＡｇ／Ｐｔ電極３１３が２つ形成されており、通電発熱抵抗体層３１２と電極３１３は電極３０と同じ材料でなる導電層３１４で接続されており、導通状態となっている。
【００２０】
図３（ｂ）に示すように、Ａｇ／Ｐｄ通電発熱抵抗体層３１２は厚み約５０μｍのガラスからなる保護層３１５によって保護されており、保護層３１５が定着ローラ１の離型層１４と摺動する。本実施例では保護層３１５として石英ガラスを用いており、ビッカース硬度は約９．８（ｇｐａ）である。このように、保護層３１５（保護層３１５のうち離型層１４に対向する面）よりも炭化珪素フィラー１４１の方が、ビッカース硬度が高くなるように構成されている。なお、保護層３１５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（Ａｌｎ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、ガラス（ＳｉＯ２）等の耐熱、電気絶縁性材料を含むことが好ましい。また、離型層１４に添加されるフィラーは、炭化珪素フィラーに限るものではなく、保護層３１５よりもビッカース硬度が高いフィラーであればよく、無機物であると好ましい。
加熱手段３では、ヒータ３１を定着ローラ１に対して軸方向に並行になるように配列され、総加圧力１５ｋｇｆ（１４７Ｎ）で定着ローラ１に圧接している。このとき、定着ローラ１とヒータ３１により接触部（ニップ部）７が形成される。本実施例における接触部７の幅（記録材搬送方向の長さ）はおよそ６ｍｍであった。
【００２１】
定着ローラ１が回転駆動されると、定着ローラ１は、加熱手段３のヒータ３１と摺動摩擦しながら回転状態となる。その後、ヒータ３１に通電がなされて発熱し、定着ローラ１の表面が加熱される。ヒータ３１のアルミナ基板３１１側の面に、温度検知手段３３、詳しくはＮＴＣ（negative temperature coefficient）サーミスタが当接されており、ヒータ３１の温度をモニターするように構成されている。この温度検知手段３３によりヒータ３１の温度情報が不図示の制御回路に入力される。制御回路は温度検知手段３３から入力するヒータ３１の検知温度が所定の温度（定着温度）に維持されるように、ヒータ３１に対する電力供給を制御する。これにより、ヒータ３１の温度は所定の温度に温調される。
【００２２】
本実施例における構成の加熱定着装置にて、温度検知手段の検知温度が２００℃になるようにヒータ３１の発熱量を制御した状態で、定着ローラ１を回転駆動させ、離型層１４の耐摩耗試験を行った。定着ローラ１の回転速度は約１００ｍｍ／ｓｅｃであり、未定着トナー像５を載せた記録材４を１５秒に１枚ずつ合計で１００００枚通紙させた。記録材としては、普通紙（キヤノン株式会社製、ＥＸＴＲＡ８０）を用いた。離型層１４の摩耗具合の判定は、試験前後での離型層１４の厚みをレーザ顕微鏡（コンフォーカル顕微鏡、レーザーテック株式会社製）にて測定することで行った。
また、離型層１４に炭化珪素フィラー１４１を添加したことで、離型層１４表面の離型性が低下することも考えられるため、未定着トナー像５を載せた記録材４の通紙に伴う定着ローラ１表面のトナーと記録材の粉（以下、紙粉）による汚れの確認も行った。ここで、離型性とは、定着ローラ１表面にトナーが付着し難い特性を示すものである。
【００２３】
具体的には、対摩耗試験後の加熱定着装置に未定着トナー像を載せていない白紙の平滑紙（ＨＰ（ヒューレット・パッカード）社製  Ｃｏｌｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｈｏｔｏ  Ｐ
ａｐｅｒ，ｇｌｏｓｓｙ）を通紙した。そして、平滑紙上への定着ローラ１表面からのトナーと紙粉汚れの吐き出しの有無を確認した。
以下に、他の実施例と比較例について説明する。
【００２４】
［実施例２］
実施例２では、離型層１４には炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを用いており、炭化珪素フィラー１４１はビッカース硬度が約２２（ｇｐａ）、熱伝導率が約６０（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。本実施例においては主に実施例１に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
炭化珪素フィラー１４１とＰＦＡを水系分散材に混ぜ、これを高熱伝導層１３の上に塗布し、３２０℃以上の高温で焼成することで成膜した。炭化珪素フィラー１４１は離型層１４中に略均一に分散しており、周方向断面における炭化珪素フィラー１４１の面積率は約３０％、粒径は約５μｍである。また、炭化珪素フィラー１４１の一部は、離型層１４の表面上に露出しており、主に炭化珪素フィラー１４１が凸部、ＰＦＡが凹部である凹凸形状を形成している。その他の構成は実施例１と同様である。
【００２５】
以下に、比較例１〜６について説明する。
図４（ａ）は、比較例３における離型層１４について説明するための図であり、図４（ｂ）は、比較例２における離型層１４について説明するための図である。以下の比較例においては主に実施例１に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
［比較例１］
本比較例では、離型層１４として炭化珪素フィラー１４１の添加の無いＰＦＡを用いた。ＰＦＡを水系分散材に混ぜ、これを高熱伝導層１３の上に塗布し、３２０℃以上の高温で焼成することで成膜した。
【００２６】
［比較例２］
本比較例では、離型層１４に炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを用いており、炭化珪素フィラー１４１はビッカース硬度が約２２（ｇｐａ）、熱伝導率が約６０（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。炭化珪素フィラー１４１とＰＦＡを水系分散材に混ぜ、これを高熱伝導層１３の上に塗布し、３２０℃以上の高温で焼成することで成膜した。炭化珪素フィラー１４１は離型層１４中に略均一に分散しており、周方向断面における炭化珪素フィラー１４１の面積率は約５％、粒径は約１μｍである。また、炭化珪素フィラー１４１の一部は、離型層１４の表面上に露出しており、図４（ｂ）に示すように、主に炭化珪素フィラー１４１が凸部、ＰＦＡが凹部である凹凸形状を形成している。
【００２７】
［比較例３］
本比較例では、離型層１４には窒化アルミニウムフィラー１４２を添加したＰＦＡを用いており、窒化アルミニウムフィラー１４２はビッカース硬度が約４（ｇｐａ）、熱伝導率が約２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。窒化アルミニウムフィラー１４２とＰＦＡを水系分散材に混ぜ、これを高熱伝導層１３の上に塗布し、３２０℃以上の高温で焼成することで成膜した。窒化アルミニウムフィラー１４２は離型層１４中に略均一に分散しており、周方向断面における窒化アルミニウムフィラー１４２の面積率は約５％、粒径は５μｍ程度である。また、窒化アルミニウムフィラー１４２の一部は、離型層１４の表面上に露出しており、図４（ａ）に示すように、主に窒化アルミニウムフィラー１４２が凸部、ＰＦＡが凹部である凹凸形状を形成している。
【００２８】
［比較例４］
本比較例では、離型層１４には炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを用いており、炭化珪素フィラー１４１はビッカース硬度が約２２（ｇｐａ）、熱伝導率が約６０（Ｗ
／ｍ・Ｋ）である。炭化珪素フィラー１４１とＰＦＡを水系分散材に混ぜ、これを高熱伝導層１３の上に塗布し、３２０℃以上の高温で焼成することで成膜した。炭化珪素フィラー１４１は離型層１４中に略均一に分散しており、周方向断面における炭化珪素フィラー１４１の面積率は約１％、粒径は約５μｍである。また、炭化珪素フィラー１４１の一部は、離型層１４の表面上に露出しており、主に炭化珪素フィラー１４１が凸部、ＰＦＡが凹部である凹凸形状を形成している。
【００２９】
［比較例５］
本比較例では、離型層１４には炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを用いており、炭化珪素フィラー１４１はビッカース硬度が約２２（ｇｐａ）、熱伝導率が約６０（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。炭化珪素フィラー１４１とＰＦＡを水系分散材に混ぜ、これを高熱伝導層１３の上に塗布し、３２０℃以上の高温で焼成することで成膜した。炭化珪素フィラー１４１は離型層１４中に略均一に分散しており、周方向断面における炭化珪素フィラー１４１の面積率は約３％、粒径は約５μｍである。また、炭化珪素フィラー１４１の一部は、離型層１４の表面上に露出しており、主に炭化珪素フィラー１４１が凸部、ＰＦＡが凹部である凹凸形状を形成している。
【００３０】
［比較例６］
本比較例では、離型層１４には炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを用いている。炭化珪素フィラー１４１とＰＦＡを水系分散材に混ぜ、これを高熱伝導層１３の上に塗布し、３２０℃以上の高温で焼成することで成膜した。離型層１４の周方向断面における炭化珪素フィラー１４１の面積率は約４０％、粒径は約５μｍである。また、炭化珪素フィラー１４１の一部は、離型層１４の表面上に露出しており、主に炭化珪素フィラー１４１が凸部、ＰＦＡが凹部である凹凸形状を形成している。
耐摩耗試験の結果は表１に示すようになった。
【００３１】
【表１】
2012013863.tif 000003
【００３２】
図５（ａ）は、実施例１における離型層１４について説明するための図であり、図５（ｂ）は、比較例３における離型層１４について説明するための図である。図６（ａ），（ｂ）は、比較例２における離型層１４について説明するための図である。
比較例１のように、フィラー添加の無いＰＦＡを離型層１４に用いた場合は、離型層１４のＰＦＡが直接、保護層３１５と強く擦動（摺動）する。保護層３１５は石英ガラスからなりＰＦＡよりもビッカース硬度が大きいため、ＰＦＡは摩耗し離型層１４は次第に削
れて行く。
【００３３】
それに対し、離型層１４に炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを用いた実施例１では、離型層１４にフィラー添加の無いＰＦＡを用いた比較例１と比べて、離型層１４の摩耗は格段に少なかった。これは、離型層１４のＰＦＡに分散させた炭化珪素フィラー１４１が、保護層３１５との擦動による離型層１４の摩耗を抑制したためである。
離型層１４にフィラーを分散させた場合、定着ローラ１が加熱手段３と擦動し、離型層１４が摩耗することで、もともと離型層１４表面に露出していたフィラーの露出面積の増加、及び新たなフィラーの離型層１４表面への露出が起こる。離型層１４の摩耗が進行し、フィラーの離型層１４表面への露出度合いが大きくなると、次第に離型層１４表面に露出したフィラーと加熱手段３が強く擦動するようになり、反対に離型層１４表面のフィラー以外の部分は加熱手段３とは擦動し難くなる。
この時、露出したフィラーが、加熱手段３の定着ローラ１との接触面を形成する材料よりも大きなビッカース硬度を持っていれば、加熱手段３と擦動しても露出したフィラーはほぼ摩耗することは無い。また、離型層１４表面のフィラー以外の部分は加熱手段３とは擦動し難くなっているため、フィラー以外の部分もほぼ摩耗しない。離型層１４表面のフィラーもフィラー以外の部分もほぼ摩耗し難くなっているため、離型層１４はほぼ摩耗しない。
【００３４】
また、実施例１では、炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを離型層１４に用いることで、図４（ａ）に示すように、離型層１４表面は炭化珪素フィラー１４１を凸部、ＰＦＡを凹部とした凹凸形状になっている。そのため、保護層３１５とは、主に凸部の炭化珪素フィラー１４１が強く擦動する。炭化珪素は保護層３１５に用いた石英ガラスよりもビッカース硬度が大きいため、保護層３１５と擦動しても摩耗し難い。
また、凹部のＰＦＡは凸部の炭化珪素フィラー１４１が摩耗しない限りは保護層３１５と強く擦動しないため、ＰＦＡの摩耗はほぼ進行しない。凸部の炭化珪素フィラー１４１が摩耗した場合には、同時にＰＦＡも炭化珪素フィラー１４１が摩耗した分だけ摩耗するが、この時、ＰＦＡの摩耗進行速度はほぼ炭化珪素フィラー１４１の摩耗進行速度と同じである。上述したように、炭化珪素フィラー１４１は擦動する保護層３１５よりもビッカース硬度が大きく摩耗し難いため、離型層１４の摩耗も同時に進行し難くなり、離型層１４の摩耗は十分に抑制される。
【００３５】
また、離型層１４に粒径５μｍの炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを用いた実施例１は、離型層１４に粒径１μｍの炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを用いた比較例２に比べて、離型層１４の摩耗が格段に少なかった。これは、粒径の小さな炭化珪素フィラー１４１は保護層３１５との擦動によってＰＦＡから脱落し易く、炭化珪素フィラー１４１による離型層１４の摩耗抑制効果が十分に得られないためである。
実施例１と同様に、比較例２でも図４（ｂ）に示すように、離型層１４の表面には炭化珪素フィラー１４１が凸部、ＰＦＡが凹部になるように凹凸形状が形成されている。しかし、実施例１の炭化珪素フィラー１４１の粒径が５μｍであったのに対し、比較例２の炭化珪素フィラー１４１の粒径は１μｍであるため、比較例２では、炭化珪素フィラー１４１による凸部とＰＦＡの凹部との高度差が実施例１の場合よりも小さい。
【００３６】
さらに、離型層１４を形成するＰＦＡはある程度の弾性を有しており、離型層１４が保護層３１５と擦動する際には、図６（ａ）のように、炭化珪素フィラー１４１がＰＦＡに押し込まれる形になる。このため、保護層３１５と離型層１４のＰＦＡが擦動し易くなり、炭化珪素フィラー１４１が添加されているにも関わらず、ＰＦＡが摩耗してしまう場合がある。ＰＦＡの摩耗が進行した場合、図６（ｂ）に示すように、炭化珪素フィラー１４１の露出面積が大きくなり、炭化珪素フィラー１４１と保護層３１５との擦動面積が増えるため、炭化珪素フィラー１４１と保護層３１５との摩擦力は大きくなる。
また、炭化珪素フィラー１４１の露出面積が増加するに従って炭化珪素フィラー１４１と離型層１４との接合面積は減少する。これに伴い、炭化珪素フィラー１４１と離型層１４との機械的な結合状態は解除されて行き（離型層１４のうち炭化珪素フィラー１４１を保持しているアンダーカット部分が無くなって行き）、離型層１４の炭化珪素フィラー１４１の保持力は小さくなって行く。そのため、離型層１４の炭化珪素フィラー１４１の保持力が、保護層３１５と炭化珪素フィラー１４１との摩擦力よりも小さくなることで、炭化珪素フィラー１４１が離型層１４から脱落してしまう場合がある。
【００３７】
炭化珪素フィラー１４１がＰＦＡから脱落した場合、炭化珪素フィラー１４１による摩耗抑止の効果が全く得られなくなるため、ＰＦＡが急激に摩耗する。ＰＦＡの摩耗がさらに進行すると、ＰＦＡ中に完全に埋没していた炭化珪素フィラー１４１が離型層１４の表面に新たに露出してくる。しかし、新たに露出してきた炭化珪素フィラー１４１も粒径が小さいため、上述したように、次第に炭化珪素フィラー１４１の露出面積が大きくなり、保護層３１５との擦動による摩擦力が、離型層１４への保持力よりも大きくなる。このことで、再び炭化珪素フィラー１４１がＰＦＡから脱落する場合がある。
【００３８】
つまり、離型層１４を形成するＰＦＡ中に分散する炭化珪素フィラー１４１の粒径が小さい場合には、次のような流れを繰り返すことが懸念される。それは、ＰＦＡの摩耗、炭化珪素フィラー１４１の露出と露出面積の増大、炭化珪素フィラー１４１の脱落、ＰＦＡの摩耗、炭化珪素フィラー１４１の露出と露出面積の増大、炭化珪素フィラー１４１の脱落という流れである。このため、炭化珪素フィラー１４１がＰＦＡの摩耗防止の役割を十分に果たせず、保護層３１５よりもビッカース硬度の高い炭化珪素フィラーを分散していても離型層１４の摩耗を十分に抑制することができないことが懸念される。
【００３９】
それに対し、実施例１ではフィラーの粒径を大きくして、フィラーと離型層１４との接合面積を増やすことで、フィラーの離型層１４からの脱落を防止している。
すなわち、炭化珪素フィラー１４１の粒径が大きい場合には、図５（ａ）のように、保護層３１５に当接することで炭化珪素フィラー１４１がＰＦＡ側（表層内部側）に押し込まれても、炭化珪素フィラー１４１の凸部とＰＦＡの凹部の高低差が大きくなり易い。そのため、ＰＦＡの凹部と保護層３１５は擦動し難く、ＰＦＡの摩耗はほぼ進行しない。そのため、離型層１４表面への炭化珪素フィラー１４１の露出面積の増加に伴う離型層１４のＰＦＡと炭化珪素フィラー１４１との接合面積の減少が起こり難くなっている。そのため、離型層１４と炭化珪素フィラー１４１との機械的な結合状態が解除されることなく、離型層１４への炭化珪素フィラー１４１の保持力が維持されるようになっている。したがって、保護層３１５との擦動による摩擦力によって、炭化珪素フィラー１４１が離型層１４から脱落することを抑制することができる。このように、炭化珪素フィラー１４１は、ＰＦＡ摩耗防止の役割を果たし、離型層１４の摩耗を十分に抑制することができる。
【００４０】
ここで、炭化珪素フィラー１４１の粒径（大きさ）は、離型層１４の弾性の度合いとの関係で、適宜設定されるものである。すなわち、離型層１４の弾性の度合いと炭化珪素フィラー１４１の大きさとの関係が、離型層１４が摩耗しても離型層１４と炭化珪素フィラー１４１との機械的な結合状態が解除されない関係となるように構成されている。このように構成されることで、保護層３１５に当接することで炭化珪素フィラー１４１が離型層１４側に押し込まれ、離型層１４が摩耗しても、離型層１４と炭化珪素フィラー１４１との機械的な結合状態が解除されることを抑制できる。
【００４１】
また離型層１４に炭化珪素フィラー１４１を添加したＰＦＡを用いた実施例１では、離型層１４の摩耗はほぼ見られなかったのに対し、離型層１４に窒化アルミニウムフィラー１４２のみを添加したＰＦＡを用いた比較例３では離型層１４の大幅な摩耗が見られた。この様子は図５（ｂ）に示している。比較例３で離型層１４の大幅な摩耗が見られたのは
、窒化アルミニウムフィラー１４２が保護層３１５に用いた石英ガラスよりもビッカース硬度が小さく、保護層３１５との擦動によって窒化アルミニウムフィラー１４２が摩耗し易かったためである。上述したように、ＰＦＡの摩耗進行速度はフィラーの摩耗進行速度に従うため、比較例３のようにフィラーが摩耗し易い場合は、離型層１４の摩耗は十分には抑制されない。
【００４２】
また、炭化珪素フィラー１４１の面積率を約５％にした実施例１は、炭化珪素フィラー１４１の面積率を約１％にした比較例４、炭化珪素フィラー１４１の面積率を約３％にした比較例５と比べ、離型層１４の摩耗は非常に少なかった。これは、比較例４，５では離型層１４の外周面に対して炭化珪素フィラー１４１の占める割合が少ないため、保護層３１５との擦動による離型層１４の摩耗を十分に抑制できなかったためである。
【００４３】
上述したように、離型層１４として、保護層３１５よりも硬い炭化珪素フィラー１４１を分散させたＰＦＡを用いた場合には、離型層１４の摩耗は抑制される。しかし、比較例４，５のように炭化珪素フィラー１４１の面積率が小さい場合には、実施例１のように炭化珪素フィラー１４１の面積率が大きい場合と比較して、炭化珪素フィラー１４１の単位面積当たりに加わる保護層３１５との摩擦力が大きくなる。そのため比較例４，５の場合には、炭化珪素フィラー１４１の摩耗が進行し易い。
【００４４】
すなわち、比較例４，５のように、炭化珪素フィラー１４１の面積率が小さい場合には離型層１４の摩耗を十分には抑制できず、実施例１のように、炭化珪素フィラー１４１の面積率が大きい場合では離型層１４の摩耗を十分に抑制できることがわかる。
このように、炭化珪素フィラー１４１の面積率を約１％にした比較例４、炭化珪素フィラー１４１の面積率を約３％にした比較例５では離型層１４の摩耗が大きく、炭化珪素フィラー１４１の面積率を約５％にした実施例１では離型層１４の摩耗が十分に抑制された。したがって、炭化珪素フィラー１４１の面積率は５％以上にするのが妥当である。
【００４５】
また、炭化珪素フィラー１４１の面積率を約４０％にした比較例６では、炭化珪素フィラー１４１の面積率を約３０％にした実施例２と比べて、離型層１４上への異物付着が多量に見られ、通紙後の平滑紙上にもトナーと紙粉が混合した汚れの吐き出しが見られた。これは、比較例６において、炭化珪素フィラー１４１の面積率が大き過ぎるため、離型層１４の離型性が低下し、トナーや紙粉が離型層１４に付着したためである。
【００４６】
未定着トナー像５を載せた記録材４を通紙した際に、未定着トナー像５と記録材４上の紙粉の一部は、離型層１４表面の凹凸に捕らえられる。そして、捕らえられたトナーや紙粉の一部は、次の通紙の際に記録材上に排出される。この時、新たに離型層１４に捕らえられるトナーと紙粉の量が、離型層１４から記録材上に排出するトナーと紙粉の量よりも少なければ、通紙全般を通して離型層１４表面はほぼトナーと紙粉汚れの無い状態に保たれる。
炭化珪素フィラー１４１表面は、離型層１４のＰＦＡ表面と比較して粗いため、炭化珪素フィラー１４１の面積率が大きくなって行くと、離型層１４表面に捕らえられるトナーと紙粉の量は増大する。そして、炭化珪素フィラー１４１の面積率がある一定の値を超えた時点で、通紙の際に新たに離型層１４に捕らえられるトナーと紙粉の量が、離型層１４から紙上に排出するトナーと紙粉の量よりも多くなり、離型層１４の表面にはトナーと紙粉汚れが発生する。
【００４７】
炭化珪素フィラー１４１の面積率を約４０％にした比較例６では、離型層１４表面にトナーと紙粉の付着が見られ、炭化珪素フィラー１４１の面積率を約３０％にした実施例１では離型層１４表面のトナーと紙粉の付着がほぼ見られなかった。このことから、炭化珪素フィラー１４１の面積率は３０％以下にするのが妥当である。
また、炭化珪素フィラー１４１以外のフィラーが離型層１４中に分散しており、さらに該フィラーが表面に露出している場合は、該フィラーによっても離型層１４の離型性が低下する。そのため、離型層１４に分散しているフィラーが複数種である場合は、離型層１４に分散する全種類のフィラーの面積率の合計が３０％以下であることが好ましい。
このように、離型層１４に分散しているフィラーの離型性よりも離型層１４の離型性の方が大きい場合には、フィラーの面積率の合計が、離型層１４の離型性を損なわないように設定されるものであるとよい。
【００４８】
以上のように上記実施例では、離型層１４と擦動する保護層３１５よりもビッカース硬度の大きい炭化珪素フィラー１４１を分散したＰＦＡを離型層１４に用い、且つ炭化珪素フィラー１４１の粒径が５μｍ以上、面積率が５％以上としている。
これにより、定着ローラ１とヒータ３１との間にシートやフィルムを介さずとも、離型層１４の摩耗を十分に抑制することが可能となる。
さらに、離型層１４に分散する全種類のフィラーの面積率の合計が３０％以下であれば、離型層１４の摩耗を十分に抑制することができると同時に、通紙に伴う定着ローラ１表面のトナー、紙粉汚れも抑止できる。
【００４９】
［実施例３］
図７は、実施例３における定着ローラ１の概略断面図であり、図１のＡＢ断面における断面図に相当する。本実施例においては主に実施例１に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
本実施例では、図７に示すように、離型層１４に炭化珪素フィラー１４１と、炭化珪素フィラー１４１よりも熱伝導率が高い高熱伝導フィラーとして窒化アルミニウムフィラー１４２を添加したＰＦＡを用いている。本実施例では、炭化珪素フィラー１４１はビッカース硬度が約２２（ｇｐａ）、熱伝導率が約６０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化アルミニウムフィラー１４２はビッカース硬度が約１０（ｇｐａ）、熱伝導率が約２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。なお、図７においては、説明の便宜上、窒化アルミニウムフィラー１４２にハッチングを施している。
炭化珪素フィラー１４１、窒化アルミニウムフィラー１４２とＰＦＡを水系分散材に混ぜ、これを高熱伝導層１３の上に塗布し、３２０℃以上の高温で焼成することで成膜した。炭化珪素フィラー１４１と窒化アルミニウムフィラー１４２は離型層１４中に略均一に分散しており、炭化珪素フィラー１４１と窒化アルミニウムフィラー１４２の粒径はともに５μｍ程度である。また、炭化珪素フィラー１４１と窒化アルミニウムフィラー１４２の面積率は、それぞれ約５％である。結果は表１に示すようになった。
【００５０】
実施例３において、離型層１４の摩耗がほとんど見られなかったのは、上述したように、保護層３１５に用いた石英ガラスよりも大きなビッカース硬度を持つ炭化珪素フィラー１４１が、離型層１４の摩耗を抑制したためである。窒化アルミニウムのみをフィラーとして添加しても比較例３のように、離型層１４は摩耗してしまうが、擦動する保護層３１５よりもビッカース硬度の高い炭化珪素フィラー１４１をさらに離型層１４中に分散させることで、離型層１４の摩耗は抑制される。さらに、本実施例では、非常に熱伝導率の高い窒化アルミニウムが窒化アルミニウムフィラー１４２として離型層１４中に分散されている。そのため、本実施例における離型層１４は十分な耐摩耗性を持つとともに、高い熱伝導性を持つ。
【００５１】
上述したように、外部加熱方式の加熱定着装置は、定着ローラ１の表層近傍に設けた高熱伝導層１３にヒータ３１から受け取った熱を蓄え、通紙時に蓄えた熱を未定着トナー像５と記録材４に与えることで、未定着トナー像５の記録材４への加熱定着を行っている。ヒータ３１から高熱伝導層１３の間には離型層１４が介在しており、ヒータ３１から離型層１４への熱移動は離型層１４を通して行われる。そのため、離型層１４の熱伝導性が高
い場合は、ヒータ３１からの熱が高熱伝導層１３に伝わり易くなり、離型層１４の熱伝導性が低い場合と比較して、同じ熱量を高熱伝導層１３に蓄える際に、ヒータ３１の発熱量を少なくすることができる。
つまり、離型層１４の熱伝導性が高い方が、より小さいヒータ３１への電力供給で、所望の熱量を高熱伝導層１３に蓄えることができる。また、ヒータ３１の発熱量が同じである場合は、離型層１４の熱伝導性が高い方が、より短い時間で、所望の熱量を高熱伝導層１３へ蓄えることができる。
【００５２】
さらに、高熱伝導層１３から未定着トナー像５と記録材４への熱移動も離型層１４を通して行われるため、離型層１４の熱伝導性が高い場合は、離型層１４の熱伝導性が低い場合と比較して、高熱伝導層１３から未定着トナー像５と記録材４へ熱が伝わり易い。そのため、高熱伝導層１３に蓄えられている熱量が同じでも、離型層１４の熱伝導性が高い方が、未定着トナー像５と記録材４へより多くの熱を伝えることができる。そのため、離型層１４の熱伝導性が高い方が、離型層１４の熱伝導性が低い場合よりも、高熱伝導層１３から未定着トナー像５と記録材４へ同じ熱量を伝える際に、高熱伝導層１３に蓄える熱量が少なくてすみ、ヒータ３１への電力供給を小さくすることができる。
よって、本実施例のように、炭化珪素フィラー１４１の他に、熱伝導性の高い窒化アルミニウムフィラー１４２を離型層１４に分散させることで、より低消費電力、短いウエイト時間に対応した、外部加熱方式の加熱定着装置を提供することができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施例では、保護層３１５よりも大きなビッカース硬度を持ち、且つ５μｍ以上の粒径の炭化珪素フィラー１４１を分散させるとともに、炭化珪素フィラー１４１と材質の異なるフィラーを分散させたＰＦＡを離型層１４に用いている。
このことで、耐摩耗性のみならず、炭化珪素フィラー１４１と材質の異なるフィラーの持つ特性をも離型層１４に付加することができる。また、本実施例の炭化珪素フィラー１４１が離型層１４に分散されているものであれば、炭化珪素フィラー１４１と材質の異なるフィラーの粒径、硬度、種類数によらず離型層１４の摩耗が抑止できる。
なお、本発明に係る像加熱装置は、上述した加熱定着装置として機能する場合の例に限るものではなく、シート上に定着されたトナー像に光沢を出すための装置として適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  定着ローラ  ；  ２  加圧ローラ  ；  １０  加熱定着装置  ；  １４  離型層  ；  ３１  セラミックヒータ  ；  １４１  炭化珪素フィラー
【図１】
2012013863.tif 000004
【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】
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【図７】
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【図８】
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