JP2014109642A - 定着用部材、定着用部材の製造方法、及び、定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー離型性向上を図るために定着用部材の表層に対してフィラーを添加する場合、フィラーをランダムに配向してしまうと、定着用部材の表層とトナーとの化学的親和性が高まり、目的を果たせなくなってしまう。
【解決手段】 定着用部材の表層にウィスカー形状のフィラーを添加するともに、このようなフィラーが定着用部材の回転方向にほぼ倣うように配向させる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、定着用部材、定着用部材の製造方法、及び、定着装置に関する。この定着用部材は、例えば、複写機、プリンタ、ファックス、及び、これらの機能を複数備えた複合機において、シートにトナー像を定着するために用いられ得る。

従来、複写機等の画像形成装置において、トナー像が形成されたシート（記録材）を加熱及び加圧することによりトナー像をシートに定着する定着装置が採用されている。このような定着装置において用いられる定着用部材の機能向上を目的に、定着用部材の表層を工夫することが提案されている。

特許文献１では、シートから定着用部材にトナーが転移してしまうのを防止すること（トナー離型性向上）を目的に、定着用部材の表層にその長手方向に沿った溝を周方向に多数形成することが提案されている。

しかし、特許文献１に記載の手法の場合、定着処理を繰り返し行うに連れて定着用部材の表層が削れ、当初の溝形状を維持することができなくなる結果、トナー離型性を長期に亘り維持することが困難である。

そこで、定着用部材の表層にフィラーを添加することが考えられる。特許文献２では、トナー離型性向上が目的ではなく定着用部材の熱伝導率を高めることを目的としているものの、定着用部材の表層にフィラーであるカーボンナノチューブもしくはカーボンナノファイバーを添加することが提案されている。

特開２００４−１０１９７０号公報 特開２００７−３０４３７４号公報

しかしながら、特許文献２のように定着用部材の表層にウィスカー形状（ロッド状）のフィラーを添加する場合、その添加の仕方（フィラーの配向）に依っては、問題が生じ得ることを本発明者は見出した。

詳細には、特許文献２にはフィラーの添加方法についての具体的な記載は無いが、例えば、フィラーをランダムに配向させた場合、定着用部材の表層とトナーとの化学的親和性が高まり、トナー離型性が低下してしまう恐れがあることを本発明者は見出した。

従って、定着用部材の表層にフィラーをランダムに配向させた場合、シートから定着用部材に転移してしまうトナーが多くなり、画像品質が低下してしまう恐れがある。

このように、定着用部材の表層にウィスカー形状（ロッド状）のフィラーを添加する場合、フィラーの配向のさせ方に依っては、トナー離型性を向上することが困難となる。

そこで、本発明の目的は、トナー離型性を向上することができる定着用部材、定着用部材の製造方法、及び、定着装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、定着用部材の長期に亘る使用においても画像品質が低下してしまうのを抑制することができる定着用部材、定着用部材の製造方法、定着装置を提供することである。

本発明は、基層と、前記基層上に設けられた表層と、を有する定着用部材であって、
前記表層にはフィラー粒子が添加されており、そのうち、アスペクト比が５以上で、且つ、前記定着用部材の回転方向に対し±３０°以内となるように配向されたフィラー粒子が７５％以上含まれていることを特徴とするものである。

また、本発明は、前記定着用部材と、前記定着用部材を加熱する加熱手段と、シートに形成されたトナー像を定着するニップ部を前記定着用部材とともに形成するニップ形成部材と、を有することを特徴とするものである。

また、本発明は、定着用部材を製造する製造方法であって、
前記定着用部材の表層の母体となるフッ素系樹脂にアスペクト比が５以上のフィラーを添加する工程と、
前記定着用部材を構成する基層を回転させつつ、前記フィラーが添加された前記樹脂を前記基層に向けて塗布する工程と、
を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、定着用部材のトナー離型性を向上することができる。また、定着用部材の長期に亘る使用においても画像品質が低下してしまうのを抑制することができる。

画像形成装置の断面図である。 定着ローラを用いた定着装置の模式図である。 定着ローラの拡大断面図である。 スプレー塗布方式により表層を製造する方法の模式図である。 回転塗布方式により表層を製造する方法の模式図である。 （ａ）は表層に添加された球形状のフィラーを径方向外側から見た模式図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示す模式図である。 （ａ）は表層に添加されたウィスカー形状のフィラーを径方向外側から見た模式図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示す模式図である。 （ａ）は回転塗布方式によるコート剤塗布の様子を示す模式図、（ｂ）は表層に添加されたウィスカー形状のフィラーを径方向外側から見た模式図である。 （ａ）は球形状のフィラーが添加された表層を用いた場合の定着ニップ部を拡大した模式図、（ａ）はウィスカー形状のフィラーが添加された表層を用いた場合の定着ニップ部を拡大した模式図である。 （ａ）はウィスカー形状のフィラーが添加されたコート剤をスプレー塗布方式により塗布することにより製造された表層の場合のフィラーを径方向外側から見た模式図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示す模式図である。 （ａ）はロッド状のフィラーを説明する模式図、（ｂ）は楕円状のフィラーを説明する模式図、（ｃ）は弓形状のフィラーを説明する模式図である。 定着ベルトを用いた定着装置の断面図である。 定着ベルトの拡大断面図である。

以下、本発明に係る、定着用部材、定着用部材の製造方法、及び、定着装置について具体的に説明する。

（画像形成部）
まず、シートＰ（記録材）にトナー像を形成する画像形成部について説明する。図１は、画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタ（以下、単にプリンタと呼ぶ）の断面図であり、シートの搬送方向に沿った断面図である。なお、後述するように、シートＰは、トナー像が形成されるものである。シートの具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製のシート状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などを用いることができる。

図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色のトナー像を形成する複数の画像形成部１０を備えている。各画像形成部には、円筒状の感光体１１、帯電装置１２、現像装置１４、クリーニング装置１５がそれぞれ感光体１１の周方向に沿って配置されている。

各画像形成部では、次の手順に沿ってトナー像が形成される。この電子写真画像形成プロセスについては各画像形成部で共通であるので、代表して１つの画像形成部について説明する。

感光体１１は、帯電装置１２によって所定の極性（本例では負極性）に均一に帯電される。その後、感光体１１は、レーザスキャナ（露光装置）１３によって、出力すべき画像データに応じた静電潜像が形成される。このようにして感光体１１上に形成された静電潜像は、現像装置１４によってトナーＴ（本例では正規の帯電極性が負極性）を用いて現像され、トナー像となる。

その後、感光体１１に形成されたトナー像は、所定の極性のバイアス（本例では正極性）が印加された一次転写部材１７によって、中間転写体３１に転写される。一次転写後、感光体１１上に残留したトナーは、クリーニング装置１５によって回収され、次の画像形成に備えられる。

以上の画像形成プロセスを経て、中間転写体３１に各色のトナー像が順次重畳転写され、二次転写部へと搬送される。

一方、シートＰは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、斜行が補正される。そして、レジストローラ対２３は、中間転写体３１上のトナー像と同期を取って、シートＰを中間転写体３１と二次転写部材３５との間に送り込む。中間転写体３１上の４色のフルカラートナー像は、所定の極性のバイアス（本例では正極性）が印加された二次転写部材３５によってシートＰに一括して二次転写される。その後、シートＰに形成されたトナー像は、定着装置４０によって、加熱及び加圧されることでシートＰに定着される。

（定着装置）
次に、定着装置４０について説明する。図２は定着装置４０の概略構成図である。

本例では、２本のローラ対からなる熱ローラ方式の定着装置を用いている。つまり、本例の定着装置４０は、定着ローラ（定着用部材）４２と、これに圧接される加圧ローラ（ニップ形成部材）４３を有している。そして、定着ローラ４２と加圧ローラ４３との間に形成されるニップ部（定着ニップ部）において、シートＰを挟持搬送することにより、シートＰに未定着トナー像が定着される。

なお、本例では熱ローラ方式の定着装置を例に説明するが、このような構成だけに限らず、本発明を適用することが可能である。定着ローラの代わりに定着ベルトを、加圧ローラの代わりに加圧ベルトを用いることが可能である。さらに、定着ローラと加圧ローラの双方をそれぞれ定着ベルト、加圧ベルトにすることも可能である。

４１は、加熱手段としてのハロゲンヒータ（以下、ヒータと記す）であり、図２の紙面に垂直な方向に延在している。詳細には、フィラメントとしてタングステンを用い、不活性ガスとハロゲン物質を封入したヒータである。このヒータ４１は、定着ローラ４２、および加圧ローラ４３の内部に配設されており、不図示のヒータ保持部材によって、部材両端部で保持されている。これらのヒータは、ＣＰΜにより、定着ローラ４２、加圧ローラ４３がそれぞれの目標温度を維持するように、制御される構成となっている。

４２は、定着ローラ（定着用部材）である。図３に、定着ローラ４２の模式図を示す。本例で用いた定着ローラの構造は、径方向外側から内側に向かって、順に、表層（トナー離型層）４２ａ、弾性層４２ｂ、芯金（基層）４２ｃとなっており、３層構造となっている。

芯金（基層）４１ｃは、ローラ構造体の形状が荷重によって変形せずに耐えられるようにするため、厚さとして２ｍｍ以上の耐熱性材料を用いた中空の円筒部材である。芯金４１ｃとしては、ＳΜＳ、ニッケルなどの金属材料を使用するのが好ましく、本例では、厚さが３ｍｍ、直径６０ｍｍのＳΜＳを用いた。

弾性層４１ｂは、弾性層の変形を利用して定着ニップ幅を確保するため、厚さとしては１ｍｍから１０ｍｍのゴム材料、具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴムを使用するのが好ましい。本例では、弾性層４１ｂとして、ゴム硬度が１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率が１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さが４ｍｍのシリコーンゴムを用いた。

表層（トナー離型層）４２ａは、厚さ１００μｍ以下、好ましくは２０〜７０μｍのフッ素系樹脂材料を母体として形成されている。表層４２ａを構成する母体となるフッ素系樹脂としては、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）、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）を用いるのが好ましい。本例では、表層を構成する母体樹脂としてＰＦＡを用いた。また、後述するが、ウィスカー形状のフィラーＦが添加されている。

表層４２ａの形成方法としては、円筒状に成型されたチューブ成型体を弾性層の周りに被せる方法や、弾性層４２ｂ上に樹脂を塗布して焼成する方法を用いることが可能であるが、本例では後者の方法を用いている。

４３は、加圧ローラ（ニップ形成部材、加圧部材）であり、金属製の芯金と、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からなり、芯金の両端部が軸受けに回転可能に支持されている。この加圧ローラ４３の上側に上述した定着ローラ４３を配置し、不図示の押圧部材（バネ）により加圧ローラ４３を定着ローラに向けて押圧することにより、シート搬送方向に沿って所定幅のニップ部Ｎが形成されている。本例では、弾性層として厚さ２ｍｍのシリコーンゴム、芯金として厚さ２ｍｍのＳΜＳからなる、直径６０ｍｍの円筒形の部材を用いた。

（定着ローラの表層の製造方法）
次に、定着ローラ（定着用部材）の表層４２ａの製造方法（表層の塗布成型方法）について図５、８を用いて説明する。図５は、回転塗布方式を説明するための模式図である。図８（ａ）はコート剤を弾性層に塗布する様子を示した模式図、図８（ｂ）は弾性層上に塗布されたコート剤の様子を示す模式図（定着ローラの表層を径方向外側から見も模式図）である。このように、本例では、回転塗布方式を採用している。

本例では、後述するが、表層４２のトナー離型性を向上させるため、表層４２にウィスカー形状のフィラーＦをその長軸方向が定着ローラの回転方向に実質沿って配列／配向されるように添加することを特徴としている。

まず、表層４２ａの母体樹脂となる、液体にＰＦＡ樹脂が分散されたＰＦＡ樹脂ディスパージョン（ダイキン工業製ＡＤ＿２ＣＲＥ）を用意する。そして、このＰＦＡ樹脂ディスパージョンに、フィラーを添加し、分散させ、コート剤を作製する。

次に、コート剤を収容したコート剤塗布機構５１を用いて、弾性層が形成された芯金に対してＰＦＡ樹脂の前駆体を塗布する。この回転塗布方式では、弾性層が形成された芯金を回転させつつ、且つ、塗布機構５１に対して所定の速度で相対移動（下降）させることにより、弾性層の長手方向全域に亘り表層となるコート剤を塗布している。

その後、弾性層４１ｂ上に塗布されたコート剤を乾燥させ、３２０℃で１５分間加熱することにより成膜される。その結果、厚さが２０μｍの表層が形成される。

図８（ｂ）のように、回転方向Ｘにウィスカー形状のフィラーが配列する原理について説明する。弾性層が形成された芯金（基層）を回転させながらコート剤を塗布する場合、形状異方性を持つフィラーは塗布の流れに対して安定するような方向に自ら回転する特性を持っている。従って、アスペクト比が十分大きいウィスカー形状のフィラーの場合、長軸が塗布の流れ方向に沿うような向きとなるのが最も安定した形態となる。その結果、弾性層が形成された芯金を回転させながらコート剤の塗布を行うことで定着ローラの回転方向Ｘに実質沿うようにフィラー（の長軸方向）が配列／配向するものと考えられる。

（フィラーの種類とトナー離型性について）
次に、フィラーの種類とトナー離型性について、検証を行った。検証実験に用いた表層材料の条件をまとめると以下の表１の通りである。

表１において、比較例１はフィラーを添加していない場合、比較例２はフィラーとして球形状のシリカ（粒径が１〜２μｍ）を５重量％添加した場合、本実施例はウィスカー形状のフィラーを５重量％添加した場合である。いずれも、表層の母体となる樹脂としてＰＦＡ樹脂を用いている。なお、ウィスカーとは髭状の結晶のことを指すが、本例ではフィラーが髭状となっていることを総称してウィスカー形状のフィラーと呼ぶことにする。また、これを、ロッド状のフィラーと呼ぶこともできる。

ウィスカー形状（ロッド状）のフィラー粒子の材料としては、カーボンファイバー、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＴｉＯ_２（二酸化チタン）、２Ａｌ_２Ｏ_３・Ｂ_２Ｏ_３（ホウ酸アルミニウム）を用いるのが好ましい。本例では、ＰＦＡ樹脂との親和性が高く、定着処理を繰り返し行ってもフィラー粒子の剥落が起こりにくい２Ａｌ_２Ｏ_３・Ｂ_２Ｏ_３をフィラーとして用いた。なお、フィラーとして、カーボンファイバー、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、２Ａｌ_２Ｏ_３・Ｂ_２Ｏ_３を混合したものを用いても良く、カーボンファイバー、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、２Ａｌ_２Ｏ_３・Ｂ_２Ｏ_３のうち少なくとも１つが含まれていれば良い。

また、フィラー粒子の形状は、直径が１〜２μｍ、長さが５〜１０μｍ、アスペクト比が５〜１０となるロッド状の粒子を用いた。なお、アスペクト比とは、フィラー粒子の短手方向長さに対する長手方向長さの比のことである。

ここで、アスペクト比とその計測方法について図１１を用いて説明する。図１１は、フィラー粒子の模式図である。本例では、アスペクト比は、フィラー粒子を２次元に投影した際の短辺Ｗに対する長辺Ｌの比率αであり、以下の式１により算出する。
α＝Ｌ／Ｗ ・・・（式１）

例えば、図１１（ａ）に示すようなロッド形状の粒子の場合では、２次元に投影した際の長方形の長辺をＬ、短辺をＷとする。また、図１１（ｂ）に示すような楕円形状（ラグビーボール型）の粒子の場合は、２次元に投影した際の楕円形の長径をＬ、短径をＷとする。また、図１１（ｃ）に示すような弓形状に湾曲した粒子の場合は、２次元に投影した際に得られる形状を内接する長方形を作り、その長方形の長辺をＬ、短辺をＷとする。

また、表層材料の母体樹脂中に分散しているフィラー粒子のアスペクト比を評価する方法としては、以下の方法が挙げられる。フィラー粒子の熱分解温度が表層の母体樹脂より高い場合は、表層の母体樹脂が熱分解する温度まで十分に加熱して焼き飛ばした後、残ったフィラー粒子の形状を電子顕微鏡で計測することにより、アスペクト比を求めることができる。また、フィラー粒子の熱分解温度が表層の母体樹脂よりも低い場合には、定着ローラが輪切りされるように（回転軸線方向に直交する方向に沿って）金属カッターで切断する。そして、その断面から電子顕微鏡でフィラー粒子の形状を計測することにより、アスペクト比を求めることができる。

表２は、表１に示す表層のそれぞれについて、トナー離型性についての検証実験を行った結果を示したものである。

この検証実験では、定着条件として、定着ローラ、および加圧ローラの温度が１３０〜２００℃となるように１０℃刻みで温調し、加圧力を総圧で１００ｋｇｆ、定着ローラの回転速度を２００ｍｍ／ｓとした。また、使用したシートは、ＯＫプリンス上質紙（王子製紙（株）製、坪量５２ｇ／ｍ^２）のＡ４サイズ紙を用いている。そして、シートの画像形成可能な全領域に、１．２ｍｇ／ｃｍ^２のトナー像を一様に形成し、定着処理を行った。

トナー離型性の評価については、シートが定着ローラから適切に分離した場合をＯＫ（○）とし、シートが定着ローラに巻き付いてジャムが発生した場合をＮＧ（×）としている。

まず、シリカを添加した比較例２について考察する。表２より、フィラーを添加していない比較例１では、分離可能温度（表層からシートを分離可能な最高温度）が１７０℃であるのに対し、シリカをフィラーとして添加した比較例２では、分離可能温度が低下してしまっていることが分かる。

図６に、レーザーマイクロスコープ（ＶＫ８７００）を用いて表層を観察した模式図を示す。図６は比較例２の模式図であり、（ａ）はシリカをフィラーとして添加した表層を径方向外側から見た模式図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示している。

図６（ａ）に示すように、フィラー（シリカ）が疎密に存在しており、それに伴って凹凸形状においてもランダムになっていることが確認できる。また、図６（ｂ）に示すように、フィラー粒子が密集した状態になっている。

これらの観察結果より、このトナー離型性の低下の原因は、以下の２つの要因が影響していると考えられる。

第一に、フィラーを添加することによって、表層を構成する母体樹脂の表面エネルギーが大きくなり、トナーとの化学的親和性が増加した点が挙げられる。これにより、表層に対するトナー接着性が大きくなり、トナー離型性が低下したものと考えられる。

第二に、表面にランダムな凹凸が形成されることで、シリカが密集している凹部分に溶融したトナーが嵌り込んでしまう現象が発生しやすくなる。このような現象が発生してしまうと、トナーを離型するための力がより必要となり、トナー離型性が低下したものと考えられる。

次に、ウィスカー形状のフィラーを添加した本例の場合について考察する。図７は、比較例２と同様に、レーザーマイクロスコープ（ＶＫ８７００）を用いて表層を観察した模式図である。図７（ａ）は表層を径方向外側から見た模式図であり、図７（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示している。

図７（ａ）、図８（ｂ）に示すように、ウィスカー形状のフィラー粒子が定着ローラの周方向Ｘ（回転方向）に沿ってほぼ一様に配列／配向している。このように、定着ローラの回転方向Ｘと回転軸線方向Ｙ間において凹凸形状に異方性が見られた。

次に、このようにウィスカー形状のフィラーが周方向Ｘに配向することにより、トナー離型性が向上する理由について、図９を用いて説明する。

図９（ａ）は、球形状のシリカを添加した場合（比較例２）の定着ニップ部近傍を示した模式図である。球形状のシリカは回転方向Ｘの凹凸間隔が小さいため、定着ニップ部の出口付近でフィラーＦによって作られている空隙にトナーが進入してしまい、トナーの表層へのアンカリングが発生しやすくなる。これにより、トナー離型性が大きく低下してしまったといえる。

これに対し、図９（ｂ）に示されるようなウィスカー状フィラーを添加した場合、回転方向Ｘの凹凸間隔が大きいため、トナーが凹部に嵌り込む現象が発生し難くなり、かつ、この凹凸によって、トナー表面／表層間の接触面積が小さくなる。このため、見かけのトナー付着力が低下したことによってトナー離型性が向上し、分離可能温度（表層からシートを分離可能な最高温度）が上昇したと考えられる。また、表層を構成する母体となる樹脂にフィラーを添加することによる効果が、フィラー添加に起因する表面エネルギー増大による弊害よりも大きく、結果としてトナー離型性が向上することが確認できた。

以上の結果より、ウィスカー形状のフィラー（の長軸方向）を定着ローラの回転方向に配列／配向するように表層に添加することによって、トナー離型性の高い表層を作製することができた。

（コート剤の塗布方式とトナー離型性について）
次に、コート剤の塗布方式とトナー離型性について検証実験を行った。検証実験に用いた表層材料の条件をまとめると以下の表３の通りである。

ここで、本例で採用した回転塗布方式の優位性を説明するため、比較例３としてスプレー塗布方式について説明する。図４は、スプレー塗布方式を説明するための模式図である。

スプレー塗布方式は、弾性層が形成された芯金に対してスプレー機構５０を用いてＰＦＡ樹脂の前駆体を塗布し、所望の前駆体膜厚になった段階で焼成を行って表層を作製する。前駆体の濃度や粘度、前駆体塗布厚みを制御することで、焼成後に所望の膜厚となるよう制御することができる。

定着条件、およびトナー離型性についての判定方法は、前述の手法と同様である。その結果をまとめると、以下の表４の通りとなる。

図１０は、図６、７で説明したものと同じ手法により観察した、比較例３の場合の模式図である。比較例３では、ＰＦＡディスパージョンにウィスカー形状のフィラーを添加、分散させた後、コート剤をスプレー塗布方式を用いて表層を作製している。表４より、比較例３では、フィラーを添加していない比較例１よりも分離可能な最高温度が低下してしまった。これに対し、回転塗布方式を用いて作製した本実施例では、比較例１よりも分離可能な最高温度が上昇しており、トナー離型性が良化していることを確認できた。

以上の結果より、ウィスカー形状のフィラーを添加し、回転塗布方式を採用することによってトナー離型性の高い表層を作製することができた。

（フィラーのアスペクト比とトナー離型性について）
次に、フィラーの形状（アスペクト比）とトナー離型性との関係について、検証実験を行った。本検証実験では、フィラーのアスペクト比（長軸長さ／短軸長さ）を振って、水準１〜８について検証している。本検証実験では、前述と同様に、ロッド状のフィラー（図１１（ａ））を用いている。また、表層の粗さの評価は、表面粗さ測定機（ＤＳＦ５００ 小坂製作所（株）製）を用い、最大山高さＲｐ（ＪＩＳ１９９４に準拠）を計測した。トナー離型性の判定については前述の方法を用いている。本検証実験で検討を行ったフィラーの形状、および実験結果をまとめると、以下の表５の通りとなる。

まず、アスペクト比とトナー離型性について着目する。本例では、様々なアスペクト比を持つロッド形状のフィラー粒子を用いて実験を行った。具体的には、アスペクト比が１〜１０の範囲となるようなフィラーを添加している。

これらのフィラーを用いた表層をレーザー顕微鏡を用いて観察すると、アスペクト比が５以上のフィラーを添加した表層では、図８（ｂ）に示されるような状態（フィラー粒子が周方向Ｘにほぼ配列している）であることが確認できた。これに対し、アスペクト比が３以下のフィラーを添加した表層では、図１０（ａ）に示されるような状態（フィラー粒子がランダムに配列している）であることが確認できた。

ここで、各アスペクト比におけるフィラー粒子の配向性（配向の程度）について、配向率を用いて説明する。本検証実験での配向率Ａは、光学顕微鏡を用いて５０個のフィラー粒子を観察し、フィラー粒子の長軸方向と定着ローラの回転方向Ｘとのなす角θ（図８（ｂ）参照）が−３０°≦θ≦３０°となる粒子の個数をＮとしたとき、以下の式２により計算した。
Ａ＝（Ｎ／５０）×１００（％） ・・・（式２）
その結果、アスペクト比が５以上のフィラーにおいては配向率が７５％となっており、アスペクト比３以下のフィラーにおいては配向率が５０％以下となっていた。従って、フィラー粒子の配向性（配向の程度）はアスペクト比に依存していることが分かる。従って、表層に添加されるフィラー粒子のうち、アスペクト比が５以上で、且つ、定着ローラの回転方向Ｘに対し±３０°以内となるように配向されたフィラー粒子が７５％以上含まれていれば良いことが分かる。このような条件を満たしていれば、トナー離型性向上を図ることができる。

次に、最大山高さＲｐ≧２μｍとなる条件（水準５〜８）に着目し、アスペクト比とトナー離型性の関係について考察する。アスペクト比が５〜１０となる条件においては分離可能温度（表層からシートを分離可能な最高温度）が更に上昇しておりトナー離型性の向上が見られたが、アスペクト比１〜３の範囲においてはトナー離型性が比較例１（フィラー添加無し）と同等であった。

アスペクト比が小さいフィラー粒子の場合、塗布の流れに対するフィラー自身の回転力が弱まり、図８（ａ）に示されるような塗布の流れ方向による粒子の整列しやすさが低下することで、フィラー粒子の配列がランダムになってしまう。これにより、フィラー添加によるトナー離型性向上が得られなくなったといえる。従って、フィラーを整列させてトナー離型性を向上させるためには、アスペクト比を５以上にするのが好ましいと言える。

次に、最大山高さＲｐと分離可能温度（表層からシートを分離可能な最高温度）、および画像性についてアスペクト比が５〜１０となるフィラー粒子を添加した条件に着目する。上記の結果より、最大山高さＲｐ≧１μｍの条件においては、分離可能温度（表層からシートを分離可能な最高温度）が上昇し、トナー離型性が良化したことが確認できた。

（表層の耐久性について）
次に、表層の耐久性について検証実験を行った。本検証実験では、比較例４の表層は、本実施例の表層と同等な表面粗さとなるように、ラッピングフィルムで表層を粗し処理することにより作製したものとなっている。なお、定着条件、および分離可能温度（表層からシートを分離可能な最高温度）の判定方法は、前述の手法と同様である。また、本検証実験では、表層の粗さ状態が長期に亘り維持されるのか否かを検証するため、予め、トナー像が形成されていないシート（前述のＯＫプリンス上質紙）を表６に示す枚数分、定着ニップ部を連続して通過させている。その後、前述のようにシート（ＯＫプリンス上質紙）の画像形成可能な領域に未定着トナー像を形成し、定着処理を施した際のシートの分離性（トナー離型性）についての判定を行っている。そこで検証実験の結果をまとめると、以下の表６の通りとなる。

比較例４では、ラッピングフィルムを用いて粗し処理をすることで最大山高さＲｐが１μｍとなる表層となっていることから、１０万枚までの段階では分離可能温度が低下することなく高いトナー離型性が得られている。しかし、２０万枚の段階では分離可能温度が低下し、そして、３０万枚の段階（Ｒｐ＝０．３μｍ）では、比較例１と同程度のトナー離型性に低下してしまった。

これに対して、本実施例の構成では、シートの通過に伴い表層が削れていっても表層内の新たなフィラーが露出してくることから、初期の凹凸形状（Ｒｐ＝１μｍ）が５０万枚の段階でも保たれており、長期に亘る使用においてもトナー離型性を維持することができた。

以上の結果より、本実施例の構成によれば、長期に亘って高いトナー離型性を持つ定着用部材の表層を提供することが可能となる。

次に実施例２について説明する。上記の実施例１においては、定着ローラ（定着用部材）の表層のトナー離型性向上の観点から、ウィスカー形状のフィラーを定着ローラの回転方向にほぼ倣うように表層に配列／配向させることを見出した。本実施例２では実施例１において見出した観点に加えて、「出力画像品質」の観点から検討を行っている。

具体的には、表層の粗さと出力画像品質との関係について検証実験を行った。なお、本検証実験では、実施例１と同様に、図１１（ａ）に示すロッド形状（アスペクト比が５）のフィラーを用いるとともに、回転塗布方式により定着用部材の表層を作製している。また、本検証実験では、フィラーのアスペクト比（長軸長さ／短軸長さ）を振って、水準１３〜１６について検証している。

そして、定着ローラの表層の粗さの評価は、実施例１と同様に、表面粗さ測定機（ＤＳＦ５００ 小坂製作所（株）製）を用い、最大山高さＲｐ（ＪＩＳ１９９４に準拠）を計測した。分離可能温度（定着用部材の表層からシートを分離可能な最高温度）の判定についても実施例１と同様の手法を採用している。また、出力画像品質に関しては、定着処理後の出力画像上のキズ（画像の光沢ムラ）を目視で確認して、キズが無い場合を○、ある場合を×とした。本検証実験で検討を行ったフィラーの形状、および実験結果をまとめると、以下の表７の通りとなる。

この結果から、最大山高さＲｐ≧４μｍにおいては、定着処理後の出力画像に品質低下（キズ発生）が見られた。従って、アスペクト比が５以上といった実施例１で述べた条件を満たしつつ、最大山高さＲｐが１μｍ≦Ｒｐ≦３μｍの範囲内であれば、好ましいことが分かる。つまり、本例の構成を採用することにより、分離可能温度（表層からシートを分離可能な最高温度）が満足するレベルとなり、且つ、出力画像の品質についても満足するレベルとすることができる。

以上のように、ウィスカー形状のフィラーを定着ローラの回転方向にほぼ倣うように表層に配列／配向させるとともに、表層の最大山高さＲｐが１μｍ≦Ｒｐ≦３μｍを満たすことにより、実施例１の構成に比べて、出力画像品質の低下も防止することが可能となる。

次に、実施例３について、図１２、１３を用いて説明する。図１２は定着装置の断面図、図１３は定着ベルトの断面図を示したものである。なお、上記実施例１と説明の重複する部分については、同一の符号を付することにより説明を省略する。また、本例では、テンションレスベルト方式の定着装置に適用した点が実施例１と大きく異なる。

図１２に示すように、本例の定着装置は、加圧ローラ（加圧部材、ニップ形成部材）４３、定着ベルト（定着用部材）４４、セラミックヒータ４５、およびセラミックヒータの温度を検知するサーミスタ４６からなる。具体的には、定着ベルト４４は加圧ローラ４３により回転駆動される構成となっている。

図１３に示すように、無端状の定着ベルト４４は、表層４４ａ、弾性層４４ｂ、基層４４ｃの３層複合構造を有した定着ベルトである。表層４４ａは厚さ１００μｍ以下、好ましくは２０〜７０μｍのフッ素系樹脂材料を使用するのが好ましい。本例では、実施例１と同様に、厚さ２０μｍのＰＦＡ樹脂を母体とする表層となっている。また、この表層４４は、実施例１と同様の手法により製造され、同様の構成とされている。つまり、ウィスカー形状のフィラーが添加されている。そして、表層に添加されるフィラー粒子のうち大部分のフィラーが、その長軸方向が定着ベルトの回転方向に沿ってほぼ配列／配向されている。

弾性層４４ｂは、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、厚さとしては１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下のゴム材料、具体的にはシリコーンゴム、フッ素ゴムを使用するのが好ましい。本例では、ゴム硬度が１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率が１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さが３００μｍのシリコーンゴムを用いた。

基層４４ｃは、金属層とされ、弾性層４４ｂと同様にクイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料、具体的には、ＳΜＳ、ニッケルを使用するのが好ましい。本例では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状のニッケル金属フィルムを用いた。

本例のような、定着ベルト４４を用いる定着装置においても、実施例１と同様に、トナー離型性を向上させることが可能である。

なお、本例において、実施例２の構成、即ち、定着ベルト４４の表層の最大山高さＲｐが１μｍ≦Ｒｐ≦３μｍを満たすようにしても良い。そうすれば、出力画像品質の低下も防止することが可能となる。

以上、本発明について実施例１〜３を用いて具体的に説明したが、本発明の思想の範囲内において、種々の構成を公知の構成に置き換えることは可能である。

また、上述した実施例１〜３においては、定着ローラや定着ベルトを一例とする定着用部材は、基層、弾性層、表層の３層構造とされているが、例えば、弾性層を省き、基層上に直接表層を形成する構成としても構わない。

さらに、上述した実施例１〜３においては、定着ローラや定着ベルトを一例とする定着用部材の表層にウィスカー形状のフィラーを添加する構成について説明したが、このような例だけに限られない。例えば、加圧ローラや加圧ベルトについても、同様に、表層にウィスカー形状のフィラーを添加する構成としても構わない。この場合、加圧ローラや加圧ベルトは本発明に係る定着用部材として機能することになる。

１０ 画像形成部
４０ 定着器
４１ ヒータ
４２ 定着ローラ
４２ａ 表層（トナー離型層）
４２ｂ 弾性層
４２ｃ 芯金（基層）
４３ 加圧ローラ
５０ スプレー塗布機構
５１ コート剤塗布機構
Ｐ 記録材
Ｆ フィラー
Ｎ ニップ部
Ｔ トナー

Claims (9)

1. 基層と、前記基層上に設けられた表層と、を有する定着用部材であって、
   前記表層にはフィラー粒子が添加されており、そのうち、アスペクト比が５以上で、且つ、前記定着用部材の回転方向に対し±３０°以内となるように配向されたフィラー粒子が７５％以上含まれていることを特徴とする定着用部材。
2. 前記表層の最大山高さをＲｐとしたとき、１μｍ≦Ｒｐ≦３μｍを満たすことを特徴とする請求項１の定着用部材。
3. 前記基層と前記表層の間に弾性層を有することを特徴とする請求項１又は２の定着用部材。
4. 前記表層は母体がフッ素系樹脂により構成されており、前記表層にはアスペクト比が５以上の前記フィラーとして、カーボンファイバー、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、２Ａｌ_２Ｏ_３・Ｂ_２Ｏ_３のうち少なくとも１つが添加されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの定着用部材。
5. 前記表層は母体がＰＦＡ樹脂により構成されており、前記表層にはアスペクト比が５以上の前記フィラーとして２Ａｌ_２Ｏ_３・Ｂ_２Ｏ_３が添加されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの定着用部材。
6. 請求項１乃至５のいずれかの定着用部材と、前記定着用部材を加熱する加熱手段と、シートに形成されたトナー像を定着するニップ部を前記定着用部材とともに形成するニップ形成部材と、を有することを特徴とする定着装置。
7. 定着用部材を製造する製造方法であって、
   前記定着用部材の表層の母体となるフッ素系樹脂にアスペクト比が５以上のフィラーを添加する工程と、
   前記定着用部材を構成する基層を回転させつつ、前記フィラーが添加された前記樹脂を前記基層に向けて塗布する工程と、
   を有することを特徴とする定着用部材の製造方法。
8. 前記塗布する工程において、前記基層を回転させつつ、前記フィラーが添加された前記樹脂を塗布する塗布機構に対し前記基層をその回転軸線方向へ相対移動させることを特徴とする請求項７の定着用部材の製造方法。
9. 前記基層上に弾性層を形成する工程を有し、前記表層は前記弾性層上に形成することを特徴とする請求項７又は８の定着用部材の製造方法。