(57)【要約】【課題】  ヒータの定着フィルムとの摺動面に形成する摺動層が、耐久に伴い削れたり基板から剥がれたりすることでトルクアップすることを防ぎ、寿命耐久を通じてスリップが発生せず良好な画像を実現する像加熱装置を提供する。【解決手段】  ヒータ表面の摺動層に含まれるフィラーの粒径が、摺動層の厚み方向で分布を有しており、基板の近傍ほど粒径が大きく、表面の近傍ほど粒径が小さくなっていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱体と、該加熱体により加熱される加熱回転体と、該加熱回転体を介して、該加熱体とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、該ニップ部でトナー像を担持した記録材を挟持搬送しつつ、記録材上の像を加熱する像加熱装置において、
前記加熱体は、平板状の絶縁基板と、
前記絶縁基板の前記加熱回転体に接する面に配置され、充填材を含有した樹脂被膜層とを有し、
前記樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記樹脂被膜層の表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記加熱体上に形成された前記樹脂被膜層は、複数の層から成り、前記複数の樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の層に含まれる充填材の粒径が、前記複数の樹脂被膜層のうち表面近傍の層に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記加熱体は、前記絶縁基板上に抵抗パターンと電極部とを有し、前記絶縁基板はセラミックス材料から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記絶樹脂被膜層は、ポリイミド、ポリアミドイミドのイミド系樹脂から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記絶縁基板近傍のものは0.5〜5μｍ、表面近傍のものは0.01〜0.2μｍであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項６】
平板状の絶縁基板を有する加熱体において、
前記絶縁基板の少なくとも片方の面に、充填材を含有したイミド系材料からなる樹脂被膜層を有し、
前記樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記樹脂被膜層の表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする加熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に抵抗発熱体を設けたヒータ、該ヒータを備えた加熱装置、及び該加熱装置を備えたプリンター、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置に具備させる加熱定着装置としては、未定着トナー画像を担持させた記録材を、定着ローラと加圧ローラを互いに圧接させて形成した定着ニップ部を通過させることで、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させる、いわゆる熱ローラ方式の加熱定着装置が一般的に用いられている。
【０００３】
特に、近年では省エネルギーの観点から、熱伝達効率が高く装置の立ち上がりも早い、フィルム加熱方式の像加熱装置が提案されている（特許文献１〜３）。フィルム加熱方式の像加熱装置では、熱ローラ方式の加熱装置と比較して昇温の速い低熱容量の加熱ヒータや電熱部材として薄肉のフィルム等を用いるため、短時間で加熱部を所定の温度まで上昇させることができる。このため、スタンバイ時に加熱ヒータへの通電加熱を行う必要がなく省電力化やウエイトタイムの短縮化（FPOT: first printout timeの短縮）が可能になる。
【０００４】
図５にフィルム加熱方式を採用した像加熱装置の概略構成を示す。フィルム加熱方式の像加熱装置は、加熱用回転体として可撓性を有するエンドレス状の薄肉フィルム２５（以下、定着フィルム２５と称する）を用いることが大きな特徴である。定着フィルム２５は、その内周面において加熱体としての加熱ヒータ２０と直接摺動しており、加熱ヒータ２０としてはアルミナ等のセラミックス基板２３上に通電発熱抵抗パターン（発熱体）２２が印刷されたセラミックヒータが一般的に用いられる。定着フィルム２５と摺動する加熱ヒータ２０の摺動面には、ガラス等からなるヒータ摺動層２６が設けられている事が多い。また、定着フィルム２５と加熱ヒータの２０の摺動面には、不図示の摺動グリスを介在させている。加熱ヒータ２０はＬＣＰ等の耐熱性樹脂により形成されたヒータホルダ２９に固定されており、定着フィルム２５はヒータホルダ２９にルーズに外嵌し、その回転方向をヒータホルダ２９にガイドされている。
【０００５】
なお、定着フィルム２５はクイックスタート性を向上させるために総厚が５０ｕｍ〜数ｍｍと薄く、その基層には、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の樹脂が用いられている。また、表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性を有する材料が用いられている。また、画像形成装置のカラー処理、高速処理に対応するために、基層と表層の間に弾性層を有する場合もあり、シリコーンゴム等の弾性を有する材料等が用いられている。このように、定着フィルム２５は、材料が異なる層をコーティングまたはチューブで形成した複合フィルムである。
【０００６】
また、加熱ヒータ２０の温度は、ヒータ背面に配置されたサーミスタ等の温度検知手段２４により検知され、ＣＰＵ２７１、トライアック２７２を備える通電制御部２７へフィードバックされ、加熱ヒータ２０が所定の温度で一定になるよう温調されている。
【０００７】
また、定着フィルム２５を挟んで加熱ヒータ２０の反対側に加圧ローラ２６が配置されており、回転駆動する加圧ローラ２６が定着フィルム２５と圧接することで両者の接触領域には加熱ニップ部Ｎが形成されている。このニップ部Nでの摩擦力で加圧ローラ２６が定着フィルム２５を回転させる。また加圧ローラ２６は芯金２６１、弾性層２６２を有しており、その回転駆動は、定着駆動モータ２８１、ＣＰＵ２８２を備える駆動制御部２８によって制御されている。
【０００８】
上記のような定着装置を用いた電子写真式画像形成装置は、近年、印刷速度のさらなる高速化が求められている。駆動モータの出力を大きくして加圧ローラ２６や定着フィルム２５等の回転速度を大きくすると、定着ニップ部Nでの記録材Pの滞在時間が短縮されるため、記録材P上の未定着トナーを定着させるためには、従来よりも多くの熱エネルギーを供給しなければならない。つまり、発熱体２２から記録材Ｐにより効率的に熱を供給する必要があり、そのためには、定着フィルム２５の熱伝導性を改良する方法が効果的である。このように更なる高速化に対応するために、樹脂製の定着フィルム２５よりも熱伝導性が良好なＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の金属製の薄肉定着スリーブを用いる方法が提案されている（特許文献４）。
【０００９】
このような構成で薄肉金属スリーブ２５を用いると、金属スリーブ２５内面とガラスからなるヒータ摺動層２６との摺動により、金属あるいはガラスの両方あるいはいずれか一方が著しく磨耗する。磨耗により生じた削り粉は、加熱ヒータ２０と金属スリーブ２５の摺動面に介在する摺動グリスと混ざり合うことで、所望の粘度、潤滑性を損ない摩擦抵抗を増大させトルクアップの原因となる。上記トルクアップに伴い、金属スリーブ２５を滑らかに回転運動させることが困難となり、加圧ローラ２６に対して定着フィルム２５がすべる現象（以降、スリップと称する）が発生し、記録材Ｐの紙詰まり（以降、ジャムと称する）を引き起こす。また、極端な場合定着スリーブ２５や加熱ヒータ２０の破損に至ったりする可能性がある。
【００１０】
そこで以上の問題を回避するために、金属スリーブ２５を用いる場合には、加熱ヒータ２０のヒータ摺動層２６にポリイミド、ポリアミドイミドなどの樹脂からなる摺動層を設ける手法が提案されている（特許文献５）。
【００１１】
また、上記樹脂摺動層２６の熱電導特性及び加熱ヒータのセラミックス基板２３との接着性を改善するために、樹脂摺動層２６には珪素、アルミニウム、ホウ素及びその窒化物をフィラーとして含有させる方法が提案されている（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭63-313182号公報
【特許文献２】特開平2-157878号公報
【特許文献３】特開平4-44075号公報
【特許文献４】特開2003-45615号公報
【特許文献５】特開2003-57978号公報
【特許文献６】特開2006-331950号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のような熱伝導フィラーを含有させた樹脂摺動層２６は金属スリーブ２５と高温、高圧下で長時間摺動されるため、耐久に伴い樹脂摺動層２６が磨耗劣化する。樹脂摺動層２６に一様に粒径の大きなフィラーを含有させる場合、金属スリーブ２５との摺動面に粒径の大きなフィラーが存在するため、摺動面が粗くなり金属スリーブ２５内面との摺動性が阻害され、摺動摩擦が増大することで樹脂摺動層２６の「削れ」が発生してしまう。樹脂摺動層２６の「削れ」が発生した場合、微紛状になった樹脂および含有していたフィラーが摺動部に介在することで、金属スリーブ２５と樹脂摺動層２６の摺動を阻害しトルクアップしてしまい、加圧ローラ２６と金属スリーブ２５の間でスリップし、そのスリップに起因したジャムが発生するという問題があった。
【００１４】
一方、樹脂摺動層２６に一様に粒径の小さなフィラーを含有させる場合、樹脂摺動層２６とセラミックス基板２３との界面に粒径の小さなフィラーしか存在せず、セラミックス基板２３と樹脂摺動層２６の接着においてアンカー効果が充分に発揮できないため、接着性能を満たせず樹脂摺動層２６の「剥がれ」が発生してしまう。樹脂摺動層２６の「剥がれ」が発生した場合、前記樹脂摺動層２６が部分的に消失し、セラミックス基板２３と金属スリーブ２５が直接摺動してしまうため、前述のようにトルクアップしスリップ起因のジャムが発生するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本出願による発明は以下の構成から成ることを特徴とする像加熱装置および加熱体である。
（１）加熱体と、該加熱体により加熱される加熱回転体と、該加熱回転体を介して、該加熱体とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、該ニップ部でトナー像を担持した記録材を挟持搬送しつつ、記録材上の像を加熱する像加熱装置において、前記加熱体は、平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の前記加熱回転体に接する面に配置され充填材を含有した樹脂被膜層とを有し、前記樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記樹脂被膜層の表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする像加熱装置。
（２）（１）に記載の像加熱装置において、前記加熱体上に形成された前記樹脂被膜層は、複数の層から成り、前記複数の樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の層に含まれる充填材の粒径が、前記複数の樹脂被膜層のうち表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする像加熱装置。
（３）前記発加熱体は、前記絶縁基板上に抵抗パターンと電極部とを有し、前記絶縁基板はセラミックス材料から成ることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の像加熱装置。
（４）前記絶樹脂被膜層は、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂から成ることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の像加熱装置。
（５）前記樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記絶縁基板近傍のものは0.5〜5μｍ、表面近傍のものは0.01〜0.2μｍであることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の像加熱装置。
（６）平板状の絶縁基板を有する加熱体において、前記絶縁基板の少なくとも片方の面に、充填材を含有したイミド系材料からなる樹脂被膜層を有し、前記樹脂被膜層のうち前記絶縁基板近傍の樹脂被膜層に含まれる充填材の粒径が、前記樹脂被膜層の表面近傍に含まれる充填材の粒径に比べ、大きいことを特徴とする加熱体。
【発明の効果】
【００１６】
すなわち本発明によれば、金属スリーブと加熱ヒータの樹脂摺動層が高温、高圧下で長時間摺動しても、樹脂摺動層の削れやヒータ基板からの剥がれが発生することなく、耐久を通じて良好な摺動性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る加熱体の断面概略図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る加熱体の断面概略図
【図３】本発明の第３の実施形態に係る加熱体の断面概略図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の断面概略図
【図５】本発明の第１の実施形態に係る定着装置の断面概略図
【図６】本発明の第１の実施形態に係る加熱体の断面概略図
【図７】従来の加熱体の断面概略図
【図８】従来の加熱体の断面概略図
【図９】従来の加熱体の断面概略図
【図１０】従来の加熱体の断面概略図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。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、その相対位置などは、特に限定的な記載が無い限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１、４〜６を参照して本発明の第１の実施の形態に係る像加熱装置およびそれを備える画像形成装置について説明する。
【００２０】
（画像形成装置の概略構成）
図４に本実施の形態に係る像加熱装置が設けられた画像形成装置の概略構成を示す。ここでは、画像形成装置の一例としてレーザープリンターを用いて説明を行う。画像形成装置は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体１（以下、感光ドラムと称する）を備えている。感光ドラム１は回転自在に支持されており、不図示の駆動手段によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。
【００２１】
感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電ローラ（帯電手段）２、レーザスキャナ（露光手段）３、現像装置（現像手段）４、転写ローラ（転写手段）５、クリーニング装置（クリーニング手段）７が配設されている。また、装置本体Ｍの下部には、紙などの記録材Ｐを収納可能なカセットＣが配設されており、記録材Ｐの搬送経路に沿って順に、給送ローラ１１、搬送ローラ８、トップセンサ９、搬送ガイド１０、が備えられている。搬送ガイド１０の更に下流側には、本発明に係る像加熱装置としての定着装置６、搬送ローラ１２、排出ローラ１３、排出トレイ１４が配設されている。
【００２２】
かかる構成の画像形成装置の動作について説明する。画像形成プロセスを制御する不図示の制御部に画像形成開始の信号が入力されると、まず不図示の感光ドラム駆動手段によって感光ドラム１が回転する。そして矢印Ｒ１方向に回転駆動された感光ドラム１の表面は、帯電ローラ２によって所定の極性、電位で一様に帯電される。
【００２３】
表面が帯電した後の感光ドラム１のその表面に対して、レーザスキャナ３から画像情報に基づいてレーザ光Ｅが射出され、感光ドラム１の表面が露光され、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。その後、静電潜像に対して現像装置４に設けられた現像ローラ４１からトナーが静電気的に供給され、感光ドラム１の表面において静電現像がトナー像Tとして現像される。
【００２４】
このようにして現像されたトナー像は記録材Ｐを挟んで感光ドラム１に圧接する転写ローラ５によって紙などの記録材Ｐに転写される。なお、記録材Ｐは給送カセットＣに収納されており、給送ローラ１１によって給送され、搬送ローラ８によって搬送され、トップセンサ９を通過し、感光ドラム１と転写ローラ５によって形成される転写ニップ部に搬送されてくるものである。この搬送途中において、記録材Ｐはトップセンサ９によって先端の通過が検知され、これにより感光ドラム１上に形成されたトナー像との同期が取られる。そして、転写ローラ５には転写バイアスが印加されることで、感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。一方、トナー像Tを転写した後の感光ドラム１上に記録材Ｐに転写されずに残ったトナー（転写残トナー）は、クリ−ニング装置７に設けられたクリーニングブレード７１によって除去される。
【００２５】
転写された未定着トナー像を担持した記録材Ｐは、搬送ガイド１０に沿って、像加熱装置としての定着装置６に搬送され、ここで表面に担持した未定着トナー像Tが加熱、および加圧されることで記録材Ｐ上に加熱定着される。なお、定着装置６については後に説明する。定着装置６においてトナー像Tが加熱定着した記録材Ｐは、定着装置６から排出後、搬送ローラ１２によって搬送され、排出ローラ１３によって装置本体上面の排出トレイ１４上に排出される。
【００２６】
以上の動作を繰り返すことによって、記録材Ｐに対して順次画像形成を行うことができる。なお、上記で説明した本実施の形態における画像形成装置は、プリント速度５５枚／分、プロセススピード３１１ｍｍ／ｓｅｃで画像形成を行うことができる。
【００２７】
（像加熱装置の構成）
本発明に係る像加熱装置が適用された定着装置６の構成について説明する。本実施の形態における定着装置はフィルム加熱方式の定着装置である。なお、定着装置６の概略構成は図５に示した従来のフィルム加熱方式と同一であるので、従来と同一の部材には同一の符号を付し、ここでは図５を参照して本実施の形態における定着装置６の概略構成について説明する。
【００２８】
定着装置６は、加熱用回転体として、可撓性を有するフィルム状の定着フィルム２５と、加圧部材として回転駆動可能な加圧ローラ２６とを有し、両者が互いに加圧力２０ｋｇで圧接することで加熱ニップ部Ｎを形成している。また、定着フィルム２５を介して記録材Ｐ上に形成されたトナー像Tを加熱するために、定着フィルム２５の内周面に直接摺動するように、定着フィルム２５の内部には加熱ヒータ２０が配設されている。未定着のトナー像を担持して加熱ニップ部Ｎに通紙された記録材Ｐは、加熱ニップ部Ｎで加熱および加圧され、トナー像は記録材Ｐ表面に加熱定着される。
【００２９】
加圧ローラ２６は外径約３０ｍｍであり、芯軸部２６１にはアルミニウム、鉄などの金属材料、もしくは高強度、低熱容量で断熱効果の高いセラミックス多孔質体を用いても良い。また、芯軸部２６１の外周は弾性層２６２によって覆われており、弾性層２６２はシリコーンゴム等の弾性体材料で形成された層（ソリッドゴム層）で形成されている。あるいは、断熱効果を持たせるために、シリコーンゴムを発泡させた材料で形成された層（スポンジ層）、又は更に断熱効果を持たせるために、シリコーンゴム層内に中空フィラーや吸水性ポリマー、水などを添加した気泡ゴム層（バルーン層）で形成しても良い。ここで、加圧ローラ２６の熱容量が大きい場合、加圧ローラ２６が定着フィルム２５表面から熱を吸収しやすくなり、定着フィルム２５の表面温度が上昇しにくくなり、効果的に記録材上の画像を加熱することが困難になる。従って、加圧ローラ２６の材質は画像形成装置の特徴を考慮して決定する必要がある。
【００３０】
定着フィルム２５の構成について説明する。定着フィルム２５は、内側に円筒状の基層が形成され、外側に表層（離型層）３２が形成された複層構造を有している。基層は、可撓性を有する薄肉の無端状ベルトで、その材料として、高熱伝導性を達成すべくＳＵＳ等のステンレス材料が用いられている。なお、基層の材料はこれに限られずＮｉ、Ｃｕなどの純金属材料を用いることもできる。基層はクイックスタート性と機械的強度を両立する必要があるため、層厚１０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。なお、本実施の形態では基層の材料としてＳＵＳを用い、厚みを４０μｍとした。
【００３１】
さらに、オフセット防止や記録材Ｐの分離性を確保するために、表層は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）等のフッ素樹脂に代表される、トナーに対して離型性を有する材料で形成されている。表層は、１μｍ〜５０μｍ程度の厚みが最適であり、表面を塗料でコートしたものであっても、チューブを被覆させたものであっても良い。
【００３２】
（加熱ヒータの構成）
以下、図６を用いて本実施の形態で用いた加熱ヒータ２０の構成を説明する。
【００３３】
加熱ヒータ２０は抵抗発熱体であり、窒化アルミニウム、アルミナなどの耐熱性セラミックス基板２３上に、例えば印刷といった手法によって抵抗体パターン２２を形成し、その表面をガラスなどの材料からなるオーバーコート層２１で被覆したものである。加熱ヒータ２０の長手寸法は、記録材Ｐの幅方向すなわち図６の紙面に対して垂直方向に、記録材Ｐの幅よりも長くなるように形成されている。なお、本実施の形態ではセラミックス基板２３として窒化アルミニウムを用いた。
【００３４】
加熱ヒータ２０の定着フィルム２５との摺動面には、摺動層２６としてポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂など、耐熱性、潤滑性、そして金属との耐磨耗性に優れた樹脂層が形成されている。この摺動層２６は、ディッピング塗工、あるいはスプレーによる塗装やスクリーン印刷によりコーティングされ、焼成工程を経て形成される。また、摺動層２６の厚みは厚すぎると熱伝導率が低下するため定着性が悪化し、薄すぎると耐久性が悪化するため適切な厚みに設定する必要がある。本実施の形態では、摺動層２６には厚み１０μｍのポリイミドを用いた。
【００３５】
前記摺動層２６には熱伝導性を改善させるために、フィラーを含有させている。フィラー材としては、珪素、ホウ素、アルミニウムの窒化物および酸化物やタルク、クレー、炭酸カルシウムなどの無機材料、フッ素樹脂などの有機材料を使用することができる。
【００３６】
セラミックス基板２３と摺動層２６の接着法としては、熱伝導性を満足するために、接着層を設けずセラミックス基板表面に凹部を設け、その凹部に摺動層２６の樹脂を流し込むことで発生する投錨効果（アンカー効果）により接着させる方法が一般的である。
【００３７】
ここで、セラミックス基板表面の凹部の段差は、小さすぎるとアンカー効果が充分に発揮できないため接着性が低下してしまう。一方、凹部の段差が大きすぎると、凹部とそれ以外の部分との熱伝導率の差が大きくなってしまい、光沢ムラや定着ムラなどの画像不良が発生する。従って、接着性と良好な画像を両立させるため、セラミックス基板表面の粗さをRzjis：0.５〜５μｍの範囲とすることが好適である。本実施の形態では、表面粗さをRzjis：１μｍ程度に制御したセラミックス基板２３を用いた。
【００３８】
前記の接着手法を取る場合、セラミックス基板２３と摺動層２６の接着強度は摺動層２６に含まれるフィラーの粒径の影響を大きく受ける。セラミックス基板２３表面の凹部の大きさに比べ、フィラーの粒径が大きすぎたり小さ過ぎたりする場合、接着強度が著しく低下する。このため、セラミックス基板２３の表面に存在する微小な凹形状の大きさとフィラーの粒径が略同等となるようにする必要がある。特に、本実施の形態で用いるセラミックス基板表面の粗さを考慮すると、摺動層２６に含まれセラミックス基板２３との界面付近に存在するフィラーの粒径は０．５〜５μｍ程度であることが望ましい。
【００３９】
一方、定着フィルム２５と摺動する摺動層２６の表面の粗さについても同様に摺動層２６に含まれるフィラーの粒径影響を大きく受ける。フィラーの粒径が大きい場合、摺動層表面が粗くなり、摺動摩擦が増大してしまうため摺動層２６の「削れ」が発生し耐久性能を満足できなくなる。従って、摺動層２６の表面は摺動に伴う摩擦を小さくするためなるべく平坦である方が良く、そのためには表面付近に存在するフィラーの粒径は０．２μｍ以下の小さいフィラーであることが望ましい。一方、フィラー粒径は小さすぎると密度を均一に保ちつつ摺動層内に分散させることが困難となるため、０．０１μｍ以上であることが望ましい。以上より、摺動層表面のフィラー粒径は０．０１〜０．２μｍ程度とすることが適切である。
【００４０】
図７及び図８に従来の加熱体の概略構成を示す。図７は従来例１の加熱ヒータの断面図であり、粒径が１μｍの比較的大きなフィラーを摺動層２６の厚み方向で均一に分布させているものである。また、図８は従来例２の加熱ヒータの断面図であり、粒径が０．１μｍと比較的小さなフィラーを摺動層２６に均一に分布させているものである。
【００４１】
図７に示す加熱ヒータ２０を用いた場合、摺動層２６とセラミックス基板との界面付近に存在するフィラーの粒径が大きいため、摺動層２６とセラミックス基板２３との接着性能は高く「剥がれ」の問題は発生しない。しかし、一方で摺動層２６と定着フィルム２５との摺動面に存在するフィラーの粒径が大きく摺動層２６が粗くなり、摺動摩擦が増大してしまうため摺動層２６の「削れ」の問題が発生してしまう。
【００４２】
図８に示す加熱ヒータ２０を用いた場合、摺動面に存在するフィラーの粒径が小さく、定着フィルム２５内面との摺動摩擦を低下できるため、「削れ」の問題は発生しない。しかし、一方で摺動層２６とセラミックス基板２３の界面に存在するフィラーの粒径が小さく、アンカー効果が充分に発揮できず接着性が不十分なため「剥がれ」が問題になる。
【００４３】
なお、本実施の形態における摺動層内のフィラーは前記のように熱電導率改善を目的としており、その重量密度を増すほどに摺動層の熱伝導率が高くなる。従来例１、２ではフィラーの粒径が異なる場合について説明を行ったが、含有フィラーの重量密度はそれぞれでほぼ同等としているため、摺動層２６の熱伝導率は同等である。
【００４４】
上記問題を鑑みて、本実施の形態で用いる加熱ヒータ２０の構成を図１に示す構造とした。図１は本実施の形態に係る加熱体の層構造を示す概略構成図である。図１より、本実施の形態の加熱ヒータ２０は、摺動層２６に含まれるフィラーをセラミックス基板２３側から表面側に向かって漸次粒径が小さくなるようにしたことが本実施の形態の特徴である。摺動層２６とセラミックス基板２３の界面付近には粒径が１μｍ程度の比較的大きなフィラーを分布させ、摺動層２６の表面付近では粒径が０．１μｍ程度の比較的小さなフィラーを分布させる構成とした。なお、摺動層２６に含まれるフィラーの重量密度は従来例１、２と同等とした。
【００４５】
このように加熱ヒータの摺動層２６の厚み方向でフィラー粒径の分布を持たせると、摺動層２６とセラミックス基板２３の界面の接着性能に関係する部分では、フィラー粒径が約１μｍと比較的大きいため接着性能が増大し、高温・高圧下で長期間耐久を行った場合でも「剥がれ」の問題は発生しない。一方、摺動層２６の表面近傍に存在するフィラー粒径は約０．１μｍと充分小さいため摺動層２６表面が平坦になり、定着フィルム２５内面との摺動摩擦が低減できるため、高温・高圧下で長期間耐久を行った場合でも「削れ」の問題は発生しない。
【００４６】
次に、本実施の形態において、摺動層２６のフィラーを厚み方向で漸次分布させる方法の一例について説明する。セラミックス基板２３に異なる粒径のフィラーを混合させた摺動層２６を塗布した状態で、セラミックス基板２３側がより中心から遠くなる向きで高速回転を行うことで上記分布を持たせることができる。すなわち、粒径の大きなフィラーほど大きな遠心力を受けるため、より中心から遠いセラミックス基板２３表面に集まるようになる。また、フィラーが極性を有していれば、摺動層塗布後に電界をかけることで分布を持たせることができる。また、フィラーが磁性体であれば磁界をかけることで分布を持たせることができる。
【００４７】
（本実施の形態と従来例の耐久性能の比較結果）
本実施の形態に係る加熱ヒータ２０の効果を確認するために、本実施の形態に係る加熱ヒータ２０を用いた定着装置で定着画像を形成し、その耐久性能について評価した。その評価結果を表１に示す。
【００４８】
なお、記録材Ｐの搬送速度は３１１ｍｍ／ｓｅｃ、解像度は６００ｄｐｉ、定着フィルムと加圧ローラの加圧力は１８ｋｇｆ、加熱ニップ幅Ｎは８ｍｍ、試験環境は室温２３℃湿度５０％とした。また、加熱ヒータ２０の裏面のオーバーコート層２７の表面温度が２３０℃で一定になるように電力を制御した。また、記録材としてＣＳ−６８０（キヤノン株式会社製：普通紙、Ａ４サイズ、坪量６８ｇ／ｍ２）を用い、その上に横線パターンを２００ｋ枚（＝２００，０００枚）連続で通紙耐久した。
【００４９】
表１における、スリップに起因するジャムの結果を示す記号として、○はジャムの発生なし、×はジャムの発生ありを示す。表中の従来例１とは、図７に示すように摺動層２６に粒径１μｍのフィラーを一様に分散させたものである。従来例２とは、図８に示すように摺動層２６に粒径０．１μｍのフィラーを一様に分散させたものである。
【００５０】
【表１】
2013142837.tif 000003
表１に示すように、本実施の形態の加熱ヒータを使用することにより、２０万枚の耐久を通じて安定したトルクで回転しており、スリップに起因するジャムは発生しなかった。
【００５１】
一方、従来例１の場合、つまり粒径１μｍのフィラーを一様に分散させた場合では、耐久初期からトルクが本実施の形態と比較して約１４％高く、耐久経時で更にトルクが上昇し１０万枚通紙に至る前に定着フィルムのスリップに起因するジャムが発生し、耐久を中止した。そのときの加熱ヒータの摺動層２６は摺動による「削れ」が発生しており、定着フィルムと加熱ヒータの摺動部には無数のポリイミドの削れ粉が介在していた。
【００５２】
また、従来例２の定着装置を使用した場合は、耐久初期のトルクは本実施の形態とほぼ同等であったものの、通紙枚数５万枚に達する前に急激にトルクが上昇し、スリップに起因するジャムが発生し、耐久を中止した。そのときの加熱ヒータの定着フィルムとの摺動面は、部分的に摺動層２６が剥がれ取れておりセラミック基板２３が露出している状態であった。また、定着フィルムと加熱ヒータの摺動部には定着スリーブ２５基層の削れ紛である無数の金属紛が介在していた。
【００５３】
次に、本実施の形態と比較例１および２の耐久性能について比較した。比較例１、２は、本実施の形態のように摺動層の厚み方向でフィラー粒径に分布を持たせており、比較例1では基層近傍に含まれるフィラーの粒径が６μｍ、比較例２基層近傍に含まれるフィラーの粒径が１０μｍとした。なお、比較例１、２とも表層近傍に含まれるフィラー粒径は０．１μｍとした。その評価結果を表２に示す。表２における、スリップに起因するジャムの結果を示す記号は表１と同様である。
【００５４】
【表２】
2013142837.tif 000004
本実施の形態の加熱ヒータを使用した場合、表１の結果と同様、スリップに起因するジャムは発生しなかった。一方、比較例１では２０万枚に達する前に、比較例２では１０万枚に達する前に、それぞれスリップに起因するジャムが発生した。これは、フィラー粒径がセラミックス基板２３の表面粗さに比べて大きすぎるため、逆に接着性能が低下する現象が発生したためである。以上より、本実施の形態における表層近傍のフィラー粒径は０．５〜５．０μｍ程度であることが望ましい。
【００５５】
以上の結果から、本実施の形態の定着装置によれば、加熱ヒータ２３の摺動層２６のフィラー粒径を厚み方向で分布を持たせ、そのときのフィラー粒径は基層近傍で０．５μｍ〜５μｍ程度、表面近傍で０．０１〜０．２μｍ程度とすることで高い耐久性を有する定着装置を提供できる。
【００５６】
その結果、２０万枚といった大量の通紙でもスリップ起因のジャムが発生することなく、良好な画像を印刷できる画像形成装置を実現することができる。
【００５７】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る加熱体及びそれを備える像加熱装置について説明する。なお、ここでも本実施の形態に係る像加熱装置を画像形成装置の定着手段として用いた場合について説明するが、画像形成装置の概略構成は上記第１の実施の形態と同一であるため、再度の説明は省略する。
【００５８】
本実施の形態で用いた加熱ヒータ２０の摺動層２６の構成を、図２を用いて説明する。本実施の形態の摺動層２６は第１の摺動層２６ａと第２の摺動層２６ｂの二層構造としている。すなわち、セラミック基板２３近傍の摺動層２６ａに含まれるフィラーは、粒径が１μｍと比較的大きなもの、定着フィルム２５との摺動面側の摺動層２６ｂに含まれるフィラーは粒径が０．１μｍと比較的小さなものとした。なお、本実施の形態の摺動層２６は二層構造としたが、三層以上の構成とすることもできる。また、本施の形態の加熱ヒータ２０のセラミックス基板は第１の実施の形態と同様、窒化アルミニウムを用い、その表面粗さはRzjis：1μｍ程度に制御している。
【００５９】
次に、本実施の形態の摺動層２６の製造方法の一例について説明する。セラミックス基板２３の上に粒径が１μｍのフィラーを含有した摺動層２６ａをスクリーン印刷によりコートする。その後、粒径が０．１μｍのフィラーを含有した摺動層２６ｂを同じくスクリーン印刷によりコートする。このようにして、本実施の形態の摺動層２６を製造することができる。
【００６０】
（本実施の形態の耐久性能）
本実施の形態に係る加熱ヒータ２０の効果を確認するために、本実施の形態に係る加熱ヒータ２０を用いた定着装置で定着画像を形成し、その耐久性能について評価した。その評価結果を表３に示す。
【００６１】
なお、搬送速度や記録材の種類等の諸条件は第１の実施の形態と同様であるため、再度の説明を省略する。
【００６２】
【表３】
2013142837.tif 000005
表３に示すように、本実施の形態の加熱ヒータを使用することにより、２万枚の耐久を通じてトルクは安定しており、スリップに起因するジャムは発生しなかった。
【００６３】
以上の結果から、本実施の形態の定着装置によれば、加熱ヒータ２３の摺動層２６を摺動層２６ａと摺動層２６ｂの複層構造とし、セラミック基板２３近傍の摺動層２６ａに含まれるフィラー径を１μｍと比較的大きく、表面近傍の摺動層２６ｂに含まれるフィラー径を０．１μｍと比較的小さくすることで、高耐久性を有する定着装置を提供できる。その結果、２０万枚といった大量の通紙でもスリップ起因のジャムが発生することなく、良好な画像を印刷できる画像形成装置を実現することができる。
【００６４】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態に係る加熱体及びそれを備える像加熱装置について説明する。なお、ここでも本実施の形態に係る像加熱装置を画像形成装置の定着手段として用いた場合について説明するが、画像形成装置の概略構成は上記第１の実施の形態と同一であるため、再度の説明は省略する。本実施の形態では、より小型かつ低価格のレーザープリンターに適した定着装置について説明を行う。
【００６５】
本実施の形態で用いた画像形成装置の定着装置は、より低価格化を実現するために、加熱ヒータ２０のセラミックス基板２３の材料としてアルミナを用いている。また、定着フィルムと加圧ローラの加圧力は１８ｋｇｆと第１の実施形態と同様であるが、より小型化を実現するために定着フィルム２５および加圧ローラ２６の外径を小さくして、加熱ニップの幅Ｎを５ｍｍと狭くしている。このため、ニップの単位面積あたりにかかる圧力は平均１．４ｋｇｆ／ｃｍ２と大きくなり、高温・高圧下で耐久を行った場合の摺動層２６とセラミック基板２３との「剥がれ」が起こりやすくなる。この問題を回避するために、摺動層２６とセラミック基板２３との接着性能をより強固にする必要がある。
【００６６】
そこで、本実施の形態で用いる加熱ヒータ２０の構成を図３に示す構造とした。本実施の形態に係る加熱ヒータ２０のセラミック基板２３はアルミナを用いており表面の粗さは、Ｒｚｊｉｓ：０．５〜５μｍの範囲とすることが好適である。本実施の形態では、Ｒｚｊｉｓ：４μｍ程度に制御したセラミックス基板２３を用いた。
【００６７】
図３より、本実施の形態の加熱ヒータ２０の摺動層２６はセラミックス基板２３近傍に存在するフィラーの粒径が、表層近傍に存在するフィラーに比べて大きくなるようにしている。摺動層２６とセラミックス基板２３の界面付近には粒径が０．５〜５μｍの大きなフィラーを分布させるのが望ましく、摺動層２６の表面付近では粒径が０．０１〜０．２μｍ程度の小さなフィラーを分布させるのが望ましい。本実施の形態では、界面付近のフィラー粒径を４μｍ、表面付近のフィラー粒径を０．１μｍとした。
【００６８】
上記の構成とすることで、セラミックス２３と摺動層２６の接着性をより強固なものとすることができ、ニップの単位面積あたりの圧力が１．４ｋｇｆ／ｃｍ２と大きな場合でも、摺動層２６の「剥がれ」と「削れ」の問題を回避することができる。
【００６９】
（本実施の形態と従来例の比較結果）
本実施の形態に係る加熱ヒータ２０の効果を確認するために、本実施の形態に係る加熱ヒータ２０を用いた定着装置で定着画像を形成し、その耐久性能について評価した。その評価結果を表４に示す。
【００７０】
なお、印刷速度は２０枚／分、記録材Ｐの搬送速度は１５０ｍｍ／ｓｅｃ、定着装置の寿命が１００ｋ枚（１０万枚）、解像度は６００ｄｐｉ、定着フィルムと加圧ローラ加圧力は１８ｋｇｆ、加熱ニップ幅Ｎは５ｍｍ、試験環境は室温２３℃湿度５０％とした。また、加熱ヒータ２０の裏面のオーバーコート層２７の表面温度が２００℃で一定になるように電力を制御した。また、記録材としてＣＳ−６８０（キヤノン株式会社製：普通紙、Ａ４サイズ、坪量６８ｇ／ｍ２）を用い、その上に横線パターンを１００ｋ枚（＝１００，０００枚）連続で通紙耐久した。
【００７１】
表４における、スリップに起因するジャムの結果を示す記号は表１と同様である。表中の従来例３とは、図９に示すように摺動層２６に粒径４μｍのフィラーを一様に分散させたものである。従来例４とは、図１０に示すように摺動層２６に粒径０．１μｍのフィラーを一様に分散させたものである。
【００７２】
【表４】
2013142837.tif 000006
表４に示すように、本実施の形態の加熱ヒータを使用することにより１０万枚の耐久を通じて安定したトルクで回転しており、スリップに起因するジャムは発生しなかった。
【００７３】
一方、従来例３の場合、つまり粒径４μｍのフィラーを一様に分散させた場合では、耐久に伴いトルクが上昇し５万枚に至る前に定着フィルムのスリップに起因するジャムが発生し、耐久を中止した。そのときの加熱ヒータ摺動面にはポリイミドの削れ紛が付着していた。
【００７４】
また、従来例４の定着装置を使用した場合は、耐久開始後からすぐに顕著にトルクが上昇し、スリップに起因するジャムが発生し耐久を中止した。そのときの加熱ヒータの摺動層２６は一部がセラミック基板２３から剥がれており部分的にアルミナ基板が露出していた。
【００７５】
以上の結果から、本実施の形態の定着装置によれば、加熱ヒータ用セラミック基板２３としてアルミナを用い、ニップ内の単位面積あたりの圧力が１．４ｋｇｆ／ｃｍ２と高い場合でも、高い耐久性を有する定着装置を提供できる。その結果１０万枚の耐久を通じてスリップ起因のジャムが発生することなく、良好な画像を印刷することができる画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  感光ドラム
２  帯電ローラ（帯電手段）
３  レーザスキャナ（露光手段）
【図１】
2013142837.tif 000007
【図２】
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【図３】
2013142837.tif 000009
【図４】
2013142837.tif 000010
【図５】
2013142837.tif 000011
【図６】
2013142837.tif 000012
【図７】
2013142837.tif 000013
【図８】
2013142837.tif 000014
【図９】
2013142837.tif 000015
【図１０】
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