JP3631105B2

JP3631105B2 - 定着フィルムおよびそれを用いた像加熱装置

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Publication number: JP3631105B2
Application number: JP2000162309A
Authority: JP
Inventors: 仕田　　知経; 篤義阿部; 雅博鈴木; 秀幸矢野; 一夫岸野; 正明高橋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: EP1160634A1; KR100429749B1; US20020034621A1; US6670044B2; KR20010109201A; EP1160634B1; JP2001341231A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧・加熱下での使用耐久性に優れた定着フィルム、および被記録材に形成担持させた未定着像を加熱定着処理する像加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させる、トナー画像を被記録材に加熱定着させる像加熱装置を例にして説明する。
【０００３】
画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段部で被記録材（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙等）に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた未定着画像を被記録材面に永久固着画像として加熱定着させる像加熱装置としては熱ローラ方式の装置が広く用いられている。
【０００４】
これは、定着ローラ（加熱ローラ）と加圧ローラとの圧接ローラ対を基本構成とし、前記ローラ対を回転させ、前記ローラ対の相互圧接部である定着ニップ部（加熱ニップ部）に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して挟持搬送させて、定着ローラの熱と、定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。しかしこのような熱ローラ方式では、ローラの熱容量が大きいためローラが定着温度に達するのに時間がかかり、また素早く使用するためには、機械を使用していない時にもある程度の温度に温調していなければならない問題があった。
【０００５】
そこでこれらの問題を解決するために考案された定着方法として、例えば特開昭６３−３１３１８２号公報・特開平２−１５７８７８号公報・特開平４−４４０７５号公報・特開平４−２０４９８０号公報等に提案されているフィルム加熱方式がある。
【０００６】
即ち、一般に加熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム（定着フィルム）を挟ませてニップ部を形成させ、前記ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることで、ニップ部においてセラミックヒータの熱をフィルムを介して被記録材に与え、またニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。
【０００７】
このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。
【０００８】
このようなフィルム加熱方式におけるフィルムとしては耐熱樹脂等が用いられ、特に耐熱樹脂としては耐熱性、強度に優れたポリイミド樹脂が用いられている。しかしながら、さらに機械を高速化、高耐久化した場合樹脂フィルムでは強度が不十分であることから、強度に優れた金属、例えばＳＵＳ、ニッケル、アルミニウム、銅等を基層とするフィルムが用いるとよい。
【０００９】
また、特開平７−１１４２７６号公報には、フィルム自身あるいはフィルムに近接させた導電性部材に渦電流を発生させジュール熱によって発熱させる加熱装置が提案されている。この電磁誘導加熱方式は、発熱域をより被加熱体に近くすることができるため、消費エネルギーの効率アップが達成できる。
【００１０】
電磁誘導加熱方式の加熱装置において、回転体としての円筒状もしくはエンドレスフィルム状のフィルムの駆動方法としては、フィルム内面を案内するフィルムガイドと加圧ローラとで圧接されたフィルムを加圧ローラの回転駆動によって従動回転させる方法（加圧ローラ駆動方式）や、逆に駆動ローラとテンションローラによって張架されたエンドレスフィルム状のフィルムの駆動によって加圧ローラを従動回転させるもの等がある。
【００１１】
このような電磁誘導加熱方式におけるフィルムは、電磁誘導発熱性部材である金属フィルムを基層とし、特に磁性体である鉄、ニッケル、強磁性ＳＵＳ、ニッケル−コバルト合金等が用いられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
フィルム加熱方式、あるいは電磁誘導加熱方式で定着フィルムが従動回転する構成において、定着フィルムがニッケル等の金属層との積層である場合、特にニップ部においてフィルムガイド部材との摩擦抵抗が大きいという問題があった。また、その摩擦抵抗を下げるために、フィルム内面とフィルムガイドの間には耐熱性グリース等の潤滑剤を介在させた場合、使用に伴って金属フィルムおよびフィルムガイド部材が摩耗してグリースと混じり、徐々にグリースは潤滑剤としての効果を失って回転トルクが上昇する問題がある。
【００１３】
また、金属層とポリイミド樹脂層との積層フィルムを用いフィルムガイド部材との摺擦面をポリイミド樹脂層面とすることで、回転トルクの上昇は防止できるが、ポリイミド樹脂層を積層することによって、金属層の耐久性が劣化し、加熱・加圧下における長期耐久使用が出来なくなるという問題を生ずる。
【００１４】
そこで本発明は、このような問題を解決した積層フィルムを提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明に加熱・加圧下での使用耐久性に優れた定着フィルムおよびそれを用いた像加熱装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属層および摺動層としてポリイミド樹脂層を有する定着フィルムにおいて、ポリイミド樹脂層のイミド化率が７０〜９３％であることを特徴とする定着フィルムである。
【００１７】
また、本発明は、金属層およびポリイミド樹脂層を有する定着フィルムにおいて、ポリイミド樹脂層のイミド化率が７０〜９３％であることを特徴とする定着フィルムである。
【００１８】
また、本発明は、金属層及びポリイミド樹脂層を備えた定着フィルムと、前記定着フィルムを介して互いに圧接する一対の圧接部材と、を有し、前記定着フィルムのポリイミド樹脂層は前記圧接部材の一方と摺動し、前記定着フィルムからの熱により、記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、定着フィルムのポリイミド樹脂層のイミド化率が７０〜９３％あることを特徴とする像加熱装置である。
【００１９】
本発明による積層フィルムは、ポリイミド樹脂層のイミド化率を低く設定することによって加圧・加熱下における耐久性能を高めたものである。即ち、ポリイミド樹脂は、一般に、そのイミド化率が１００％で使用されるものである。これは、１００％のときに、最も良好な機械的特性が得られるからである。しかし、本発明では、加圧・加熱下における耐久性の点では、イミド化率が７０〜９３％、特には、７５〜９０％のときに最良の結果が得られることを見い出したものである。これは、イミド化率を抑えることによりポリイミド樹脂層の柔軟性があがり、金属層にかかる機械的ストレスを緩和することにより積層フィルム全体の耐久性が向上するものと推測される。
【００２０】
イミド化率が７０％を下回るときは、ポリイミド樹脂層自体の柔軟性のため耐摩耗性が低下し、ニップ部の摩耗粉が回転トルクの上昇を引き起こす。
【００２１】
ポリイミド樹脂は、芳香族酸二無水物と、芳香族ジアミンによる脱水閉環反応により生成される。ポリイミド化率は、反応生成したイミド環の量と、完全に反応が完結したときのイミド環の量の比である。本発明では、イミド化率の測定は、ポリイミド樹脂層の表面のＦＦＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ−ＴｒａｎｓｆｏｒｍＩｎｆｒａｒｅｄＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｏｒｙ）／ＡＴＲ（ＡｔｔｅｎｕａｔｅｄＴｏｔａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）測定を行い、イミド環のＣ＝Ｏ振動に基つく１７７３ｃｍ−１付近のピークの吸光度とベンゼン環の骨格振動に基づく１５１４ｃｍ−１付近のピークの吸光度の比を求め、そのポリイミド樹脂と同じポリイミド樹脂を４００℃で焼成したときのイミド化率を１００％と仮定して求める。
【００２２】
イミド化率〔％〕＝（ａ／ｂ）／（Ａ／Ｂ）×１００
ａ：１７７３ｃｍ−１付近のピークの吸光度ｂ：１５１４ｃｍ−１付近のピークの吸光度
Ａ：４００℃焼成時の１７７３ｃｍ−１付近のピークの吸光度
Ｂ：４００℃焼成時の１５１４ｃｍ−１付近のピークの吸光度
【００２３】
本発明の積層フィルムを構成するポリイミド樹脂としては、下記構造を有するものが好適である。
【００２４】
【外３】

【００２５】
また金属層としてはＮｉ層が好適である。
【００２６】
また、金属層の厚さは１〜１００μｍおよびポリイミド層の厚さは５〜１００
μｍが好適である。
【００２７】
また、金属層上に弾性層を有し、さらに、弾性層上に離型層を有することが好ましい。
【００２８】
また、離型層としては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴムおよびシリコーンゴムから選ばれた材料で形成されるのが好適である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態例）
（１）画像形成装置例
図２は画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は電子写真カラープリンタである。
【００３０】
１０１は有機感光体やアモルファスシリコン感光体でできた感光体ドラム（像担持体）であり、矢示の反時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。
【００３１】
感光体ドラム１０１はその回転過程で帯電ローラ等の帯電装置１０２で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【００３２】
次いでその帯電処理面にレーザ光学箱（レーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１０３による、目的の画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学箱１１０は不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの目的画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力して回転感光体ドラム１０１面に走査露光した目的画像情報に対応した静電潜像が形成される。１０９はレーザ光学箱１１０からの出力レーザ光を感光体ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。
【００３３】
フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像の第１の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜像が４色カラー現像装置１０４のうちのイエロー現像器１０４Ｙの作動でイエロートナー画像として現像される。そのイエロートナー画像は感光体ドラム１０１と中間転写体ドラム１０５との接触部（或いは近接部）である１次転写部Ｔ１において中間転写体ドラム１０５の面に転写される。中間転写体ドラム１０５面に対するトナー画像転写後の回転感光体ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００３４】
上記のような帯電・走査露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の第２の色分解成分画像（例えばマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解成分画像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像について順次実行され、中間転写体ドラム１０５面にイエロートナー画像・マゼンタトナー画像・シアントナー画像・黒トナー画像の都合４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像が合成形成される。
【００３５】
中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光体ドラム１０１に接触して或いは近接して感光体ドラム１０１と略同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動され、中間転写体ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム１０１との電位差で感光体ドラム１０１側のトナー画像を前記中間転写体ドラム１０５面側に転写させる。
【００３６】
上記の回転中間転写体ドラム１０５面に合成形成されたカラートナー画像は、前記回転中間転写体ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、前記二次転写部Ｔ２に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた被記録材Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６は被記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで中間転写体ドラム１０５面側から被記録材Ｐ側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。
【００３７】
二次転写部Ｔ２を通過した被記録材Ｐは中間転写体ドラム１０５の面から分離されて像加熱装置（定着装置）１００へ導入され、未定着トナー画像の加熱定着処理を受けてカラー画像形成物として機外の不図示の排紙トレーに排出される。定着装置１００については次の（２）項で詳述する。
【００３８】
被記録材Ｐに対するカラートナー画像転写後の回転中間転写体ドラム１０５はクリーナ１０８により転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。このクリーナ１０８は常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００３９】
また転写ローラ１０６も常時は中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム１０５に被記録材Ｐを介して接触状態に保持される。
【００４０】
白黒画像等モノカラー画像のプリントモードも実行できる。また両面画像プリントモード、或いは多重画像プリントモードも実行できる。
【００４１】
両面画像プリントモードの場合は、像加熱装置１００を出た１面目画像プリント済みの被記録材Ｐは不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて２面に対するトナー画像転写を受け、再度、像加熱装置１００に導入されて２面に対するトナー画像の定着処理を受けることで両面画像プリントが出力される。
【００４２】
多重画像プリントモードの場合は、像加熱装置１００を出た１回目画像プリント済みの被記録材Ｐは不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されずに再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれて１回目画像プリント済みの面に２回目のトナー画像転写を受け、再度、像加熱装置１００に導入されて２回目のトナー画像の定着処理を受けることで多重画像プリントが出力される。
【００４３】
（２）定着装置１００
本例において定着装置１００は電磁誘導加熱方式の装置である。図３は本例の定着装置１００の要部の横断模型図である。また図４は同じく本例の定着装置１００の要部の正面模型図、図５は横断正面模型図である。また、図４は同じく本例の定着装置の要部の正面模型図、図５は横断正面模型図である。
【００４４】
磁場発生手段は磁性コア１７及び励磁コイル１８からなる。
【００４５】
磁性コア１７は高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。
【００４６】
励磁コイル１８はコイル（線輪）を構成させる導線（電線）として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回巻いて励磁コイルを形成している。本例では１１ターン巻いて励磁コイル１８を形成している。
【００４７】
絶縁被覆は定着フィルム１０の発熱による熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよい。本実施形態例においてはポリイミド樹脂による被覆を用いており耐熱温度は２２０℃である。ここで、励磁コイル１８の外部から圧力をかけて密集度を向上させてもよい。
【００４８】
磁場発生手段と定着フィルム１０の間には絶縁部材１９を配設してある。絶縁部材１９の材質としては絶縁性に優れ、耐熱性がよいものがよい。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、パーフルオロアルコキン（ＰＦＡ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、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）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂等を選択するとよい。
【００４９】
励磁コイル１８には給電部１８ａ・１８ｂに励磁回路２７（図７）を接続してある。この励磁回路２７は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。
【００５０】
励磁コイル１８は励磁回路２７から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。
【００５１】
図６は交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。
【００５２】
磁性コア１７に導かれた交番磁束（Ｃ）は定着フィルム１０の電磁誘導発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層１の固有抵抗によって電磁誘導発熱層１にジュール熱（渦電流損）を発生させる。ここでの発熱量Ｑは電磁誘導発熱層１を通る磁束の密度によって決まり図６のグラフような分布を示す。縦軸は定着フィルム１０の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを表す。ここで、発熱域Ｈは最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域である。
【００５３】
この定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調系により励磁コイル１８に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。２６は定着フィルム１０の温度を検知するサーミスタ等の温度センサであり、本例においては温度センサ２６で測定した定着フィルム１０の温度情報をもとに定着ニップ部Ｎの温度を制御するようにしている。
【００５４】
加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂等の耐熱性・弾性材層３０ｂとで構成されており、芯金３０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。
【００５５】
加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材２９ａ・２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設することで加圧用構成ステイ２２に押し下げ力を作用させている。これによりフィルムガイド部材１６ａの下面に配設した摺動板４０の下面と加圧ローラ３０の上面とが定着フィルム１０を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。なお、フィルムガイド部材１６としては、耐熱フェノール樹脂、ＬＣＰ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂等、耐熱性に優れた樹脂を用いるとよい。
【００５６】
加圧ローラ３０は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動による前記加圧ローラ３０と定着フィルム１０の摩擦力で定着フィルム１０に回転力が作用して、前記定着フィルム１０がその内面が定着ニップ部Ｎにおいて摺動板４０の下面に摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ３０の回転速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド部材１６ａと１６ｂの外回りを回転状態になる。
【００５７】
而して、加圧ローラ３１が回転駆動され、それに伴って定着フィルム１０が回転し、励磁回路２７から励磁コイル１８への給電により上記のように定着フィルム１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された被記録材Ｐが定着ニップ部Ｎの定着フィルム１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向き、即ち定着フィルム面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着フィルム１０の外面に密着して定着フィルム１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着フィルム１０と一緒に被記録材Ｐが挟持搬送されていく過程において定着フィルム１０の電磁誘導発熱で加熱されて被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。被記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると回転定着フィルム１０の外面から分離して排出搬送されていく。被記録材上の加熱定着トナー画像は定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。
【００５８】
フランジ部材２３ａ・２３ｂは定着フィルム１０の回転時に前記定着フィルム１０の端部を受けて定着フィルムのフィルムガイド部材長手に沿う寄り移動を規制する役目をする。このフランジ部材２３ａ・２３ｂは定着フィルム１０に従動で回転する構成にしてもよい。
【００５９】
本例ではトナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着装置にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていないが、低軟化物質を含有させていないトナーを使用した場合にはオイル塗布機構を設けてもよい。また、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離をおこなってもよい。
【００６０】
３）定着フィルム１０
図１は本例における定着フィルム１０の層構成模型図である。本例の定着フィルム１０は、電磁誘導発熱性の定着フィルム１０の基層となる金属フィルム等でできた発熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、さらにその外面に積層した離型層３、及び発熱層１の内面に積層した摺動層４の複合構造のものである。発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のため、各層間にプライマー層（不図示）を設けてもよい。定着フィルム１０において摺動層４が内面側であり、離型層３が外面側である。前述したように、発熱層１に交番磁束が作用することで前記発熱層１に渦電流が発生して前記発熱層１が発熱する。その熱が弾性層２・離型層３を介して定着フィルム１０を加熱し、前記定着ニップＮに通紙される被加熱材としての被記録材を加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【００６１】
ａ．発熱層１
発熱層１はニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケル−コバルト合金といった強磁性体の金属を用いるとよい。
【００６２】
非磁性の金属でもよいが、より好ましくは磁束の吸収のよいニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の金属がよい。
【００６３】
その厚みは次の式で表される表皮深さより厚くかつ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深さσ［ｍ］は、励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μと固有抵抗ρ［Ωｍ］で
σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^１／２
と表される。
【００６４】
これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている（図８）。発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍがよい。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいとほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。また、発熱層が１００μｍを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するには現実的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１００μｍが好ましい。
【００６５】
ｂ．弾性層２
弾性層２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質である。
【００６６】
弾性層２の厚さは１０〜５００μｍが好ましい。この弾性層２は定着画像品質を保証するために必要な厚さである。
【００６７】
カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等では被記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、被記録材の凹凸あるいはトナー層の凹凸に加熱面（離型層３）が追従できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光沢ムラが発生する。伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低い。弾性層２の厚さとしては、１０μｍ以下では被記録材あるいはトナー層の凹凸に対する追従性が低下する。また、弾性層２が１０００μｍ以上の場合には弾性層の熱抵抗が大きくなりクイックスタート性が低下する。より好ましくは弾性層２の厚みは５０〜５００μｍがよい。
【００６８】
弾性層２の硬度は、硬度が高すぎると被記録材あるいはトナー層の凹凸に追従性が低下する。そこで、弾性層２の硬度としては６０゜（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５゜（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。
【００６９】
弾性層２の熱伝導率λに関しては、
２．５×１０^−３〜８．４×１０^−３［Ｗ／ｃｍ・℃］
がよい。
【００７０】
熱伝導率λが２．５×１０^−３［Ｗ／ｃｍ・℃］よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、定着フィルムの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなる。
【００７１】
熱伝導率λが８．４×１０^−３［Ｗ／ｃｍ・℃］よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。
【００７２】
よって熱伝導率λは２．５×１０^−３〜８．４×１０^−３［Ｗ／ｃｍ・℃］がよい。より好ましくは３．３×１０^−３〜６．３×１０^−３［Ｗ／ｃｍ・℃］がよい。
【００７３】
ｃ．離型層３
離型層３はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。
【００７４】
離型層３の厚さは１〜１００μｍが好ましい。離型層３の厚さが１μｍよりも小さいと塗膜の塗ムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足するといった問題が発生する。また、離型層が１００μｍを超えると熱伝導が低下する。
【００７５】
ｄ．摺動層４
摺動層４としては、特に高耐熱性で強度が高く、表面が滑らかにできるポリイミド樹脂を使用する。
【００７６】
ここで、定着フィルムの基層である発熱層１（金属層）の内面に、摺動層４である樹脂を塗装する方法について説明する。
【００７７】
前記樹脂は前記構造式で示されるポリイミド樹脂であり、塗工に際してはポリイミドワニスとして、これの前駆体であるポリアミック酸のＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）溶液を用いる。前記ポリアミック酸はＢＰＤＡ（ビフェニルテトラカルボン酸二無水物）、ＰＰＤ（パラフェニレンジアミン）の重合によって得られる。前記ポリアミック酸のＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）溶液は、およそ２０％溶液として“Ｕ−ワニスＳ”（宇部興産（株））が例示されており、本例ではこれを用いた。
【００７８】
このワニスを基材に塗布し、高温で焼き付けることにより溶媒が除去されるとともに、イミド化反応が進み、ポリイミド被膜が形成される。例えば、“Ｕ−ワニスＳ”（宇部興産（株））の場合、１２０℃から順次段階的に温度あげてゆき最終的に４５０℃の高温まで加熱することが取り扱い上例示されている。
【００７９】
金属の基層のみのフィルム内面に樹脂を塗装する第１の方法としては、外面に樹脂溶液が触れないようなキャップをフィルムにかぶせ、フィルムに対して樹脂の液面を徐々に上昇させていく方法がある（ディッピング）。ディッピングするにあたり、金属フィルムは電気鋳造法や圧延法で作製されており、通常油や塵が付着しているので研粒及び有機溶剤を用いてフィルム内面の洗浄をおこなう。一度乾燥させ、その後耐熱樹脂ワニスを塗布し、乾燥させてワニスの溶剤を飛ばしたのち、焼成をおこなって塗膜を得る。
【００８０】
金属フィルムの内面にのみ樹脂を塗装する方法としては、外面に樹脂液が触れないようにカバーした状態で溶液槽に漬けた後、引き上げる（ディッピング）方法や、フィルムを垂直に保持しその内面の下端面にキャップを設け液がためられるようにし、内部に液を上端部いっぱいになるまで液を供給した後、下キャップに設けられた排出口より内部に貯められた液を徐々に抜くことで液面をさげ、フィルム内面塗装を行う方法、またフィルムを斜めもしくは垂直状態で保持または回転させながらフィルム上端内面へ液を供給しフィルム内面塗装を行う方法（掛け流し）等がある。
【００８１】
金属の基層のみのフィルム内面の塗装において本例では外面に樹脂液が触れないようにカバーした状態で溶液槽に漬けた後、引き上げる（ディッピング）方法を用いた。
【００８２】
金属フィルム内面に摺動層を塗装する第２の方法として、発熱層１としてニッケルを用い、その外面に弾性層２及び離型層３を有するフィルムごと溶液漕に漬ける（ディッピング）する方法がある。一つ目の例と同様に、ディッピングする前にフィルム内の洗浄、乾燥をおこない、ポリイミド樹脂塗装後、乾燥、焼成をおこなう。定着フィルムは最外層に離型層３を有するため、フィルム外面に付着したポリイミド樹脂等の樹脂は乾燥、焼成のプロセスの後、エアーブラシ、布でこする等によって簡単に剥ぎ落とすことができる。
【００８３】
発熱層１としてニッケルを用い、その外面に弾性層２および離型層３を有する場合、フィルム外面が離型層であるためポリイミド樹脂等の樹脂が付着し乾燥してもエアーブラシ、布による摺擦により簡単に剥ぎ落とすことが可能であるため、カバー等することなく、そのままのフィルムごと溶液槽に漬けた後、引き上げる（ディッピング）事が可能である。
【００８４】
このため本例では弾性層２、離型層３を有するフィルムをそのままディッピングした。
【００８５】
この第ニの例の方法では、フィルムはシリコーンゴム、フッ素ゴム等からなる弾性層２を有している。弾性層２としてより耐熱性に優れるフッ素ゴムを用いた場合、摺動層４であるポリイミド樹脂の焼成温度は、第一の例と同じく２８０２５０℃以下であるとよい。またシリコーンゴムを弾性層２として用いた場合、シリコーンゴムの耐熱温度は２３０℃程度であるため、ポリイミド樹脂の焼成温度は２２０℃以下であることが好ましい。
【００８６】
なお、耐熱樹脂の塗布方法はディップ法に限らず、スプレー法等同様に塗布可能な方法であれば本発明に適用可能である。
【００８７】
また、摺動層４の厚さとしては５〜１００μｍが好ましい。摺動層４の厚さが５μｍよりも小さい場合には耐久性が不足する。一方、１００μｍを超えると定着フィルムの熱容量が大きくなり、立ち上がり時間が長くなる。より好ましくは１０〜６０μｍであるとよい。定着フィルムの熱容量を大きくしすぎることなく、発熱層１に発生した熱が定着フィルムの内側に向かわないように断熱できるので、摺動層４がない場合と比較して被記録材Ｐ側への熱供給効率が良くなり、消費電力を抑えることもできる。また立ち上がり時間の短縮を図ることもできる。
【００８８】
［実施例１］
発熱層１として内径３４ｍｍ厚み５０μｍのニッケル製フィルム、弾性層２として３００μｍシリコーンゴム、離型層３として３０μｍＰＦＡチューブを各々プライマーを介して積層したものを用い、前記第２の方法を用いてフィルム内面にポリイミドワニス（宇部興産（株）：商品名，Ｕ−ワニスＳ）を塗装し、温風循環炉内で１２０℃から２００℃まで一時間かけ昇温、乾燥させた。続いて２２０℃の温風循環炉内に１時間放置し焼成をおこなった。摺動層４のポリイミド樹脂層の厚みは１５μｍであり、そのイミド化率は約８５％であった。
【００８９】
［実施例２］
［実施例１］と同様にして、フィルム内面にポリイミドワニスを塗装し、温風循環炉内で１２０℃から２００℃まで一時間かけ昇温、乾燥させた。続いて２５０℃の温風循環炉内に３０分放置し焼成をおこなった。摺動層４のポリイミド樹脂層の厚みは１５μｍであり、そのイミド化率は約９３％であった。
【００９０】
［実施例３］
［実施例１］と同様にして、フィルム内面にポリイミドワニスを塗装し、温風循環炉内で１２０℃から２００℃まで一時間かけ昇温、乾燥させた。続いて２００℃の温風循環炉内に３０分放置し焼成をおこなった。摺動層４のポリイミド樹脂層の厚みは１５μｍであり、そのイミド化率は約７０％であった。
【００９１】
［実施例４］
［実施例１］と同様にして、フィルム内面にポリイミドワニスを塗装し、温風循環炉内で１２０℃から２００℃まで一時間かけ昇温、乾燥させた。続いて２２０℃の温風循環炉内に１時間３０分放置し焼成をおこなった。摺動層４のポリイミド樹脂層の厚みは１５μｍであり、そのイミド化率は約９０％であった。
【００９２】
［実施例５］
［実施例１］と同様にして、フィルム内面にポリイミドワニスを塗装し、温風循環炉内で１２０℃から２００℃まで一時間かけ昇温、乾燥させた。続いて２００℃の温風循環炉内に１時間放置し焼成をおこなった。摺動層４のポリイミド樹脂層の厚みは１５μｍであり、そのイミド化率は約７５％であった。
【００９３】
［比較例１］
［実施例１］と同様にして、フィルム内面にポリイミドワニスを塗装し、温風循環炉内で１２０℃から２００℃まで一時間かけ昇温、乾燥させた。続いて３５０℃の温風循環炉内に３０分放置し焼成をおこなった。摺動層４のポリイミド樹脂層の厚みは１３μｍであり、そのイミド化率は約９８％であった。
【００９４】
［比較例２］
［実施例１］と同様にして、フィルム内面にポリイミドワニスを塗装し、温風循環炉内で１２０℃から２００℃まで一時間かけ昇温、乾燥させた。続いて４００℃の温風循環炉内に３０分放置し焼成をおこなった。摺動層４のポリイミド樹脂層の厚みは１３μｍであり、そのイミド化率はほぼ１００％である。
【００９５】
実験例として、これら［実施例１〜５］［比較例１〜２］の各定着フィルムを図３に示される電磁誘導加熱方式の装置（定着装置１００）に装着し、２１０℃に温調しながら、所定の加圧力で加圧ローラを定着フィルムに押し付け、定着フィルムを加圧ローラに従動回転させ空回転促進耐久試験をおこなった（実験例１）。加圧ローラは、肉厚３ｍｍシリコーン層に３０μｍのＰＦＡチューブを被覆した外径３０ｍｍのゴムローラを用いた。本実験例では、加圧力は２００Ｎ、定着ニップは８ｍｍ×２３０ｍｍであり、定着フィルムの表面速度は１００ｍｍ／ｓｅｃとなる条件に定めた。各定着フィルムを５００時間回転試験に供したところ、［実施例１］の定着フィルムのポリイミド樹脂層の削れは長手方向平均で５μｍ程度であった。また、発熱層１であるニッケルの破壊もおこっていなかった。
【００９６】
同時に回転トルクの時間変化についても観察をおこなった。回転トルクが上昇すると定着フィルムが加圧ローラに従動回転できなくなり、被記録材を所定の速度で送ることができない、あるいは異常高温等の問題につながる。［実施例１］の摺動層４を有する定着フィルムでは回転トルクは初期が０．２０Ｎ・ｍに対し、５００時間回転後では０．３９Ｎ・ｍ程度でありその回転トルクの上昇は僅かであった。ポリイミド樹脂摺動層４を有しない定着フィルムでは、回転トルクは初期が０．２０Ｎ・ｍに対し約１００時間定着フィルムが回転すると回転トルクが０．３９Ｎ・ｍに達し、２００時間回転で０．９８Ｎ・ｍと初期の５倍にも達することが実験により確認された。
【００９７】
［実施例２］の定着フィルムのポリイミド樹脂層の削れも長手方向平均で４μｍ程度であったが、４００時間を超えたあたりで発熱層１であるニッケルの端部で長手方向にクラックが発生し終了時にはかなり成長していた。
【００９８】
［実施例３］の定着フィルムのポリイミド樹脂層の削れも長手方向平均で１０μｍ程度と大きかったが、５００時間回転試験終了後もニッケルの破壊もおこっていなかった。
【００９９】
［実施例４］の定着フィルムのポリイミド樹脂層の削れも長手方向平均で４μｍ程度であったが、４５０時間を超えたあたりで発熱層１であるニッケルの端部で長手方向にクラックが発生し終了時には１ｃｍ程度に成長していた。
【０１００】
［実施例５］の定着フィルムのポリイミド樹脂層の削れも長手方向平均で８μｍ程度であったが、５００時間回転試験終了後もニッケルの破壊もおこっていなかった。
【０１０１】
［比較例１］の定着フィルムは、１００時間を超えたあたりで発熱層１であるニッケルの端部で長手方向にクラックが発生、その後成長し、１２０時間で試験継続不可能となった。
【０１０２】
［比較例２］の定着フィルムは、３０時間を超えたあたりで発熱層１であるニッケルの端部で長手方向にクラックが発生、その後成長し、４０時間で試験継続不可能となった。
【０１０３】
従って、イミド化率は好ましくは８０％以上少なくとも７０％であれば摺動層４としての役割をはたす。摺動層４であるポリイミド樹脂の初期イミド化率が低い場合でも、実使用時の定着フィルム温度は２００℃前後であり、使用に伴ってイミド化が進むことも確認されている。
【０１０４】
さらに、別の実験例として上記定着器をキヤノン製フルカラーＬＢＰ『ＬＢＰ−２０４０』に搭載し画出し耐久テストを行った（実験例２）。加圧力は２００Ｎ、定着ニップは８ｍｍ×２３０ｍｍであり、定着温度１８０℃、プロセススピードは９４ｍｍ／ｓｅｃに設定した。［実施例１］［実施例２］［実施例４］の定着フィルムを用いたものはトラブルなく１０万枚の画出し耐久テストを終了した。［実施例３］の定着フィルムを用いたものは、回転トルクアップが生じ５万枚で通紙不能となった。［実施例５］の定着フィルムを用いたものも、回転トルクアップが生じ８万枚で通紙不能となった。
【０１０５】
［比較例１］の定着フィルムを用いたものは２万枚、［比較例２］の定着フィルムを用いたものは１万枚でそれぞれ定着フィルムの破壊により通紙不可能となった。
【０１０６】
以上実験例を下記表にまとめた。
【０１０７】
【表１】

【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属フィルムを基層とする定着フィルムの内面に摺動層である樹脂層を設けることにより、金属フィルム及びフィルムガイド部材の摩耗を防ぐとともに長期にわたって良好な摺動性を確保することができる。また非常に簡易な方法で樹脂層の塗布をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁誘導発熱性の定着フィルムの層構成模型図
【図２】第１の実施形態例に用いた画像形成装置の概略構成図
【図３】加熱装置としての定着装置の要部の横断側面模型図
【図４】同じく要部の正面模型図
【図５】同じく要部の横断正面模型図
【図６】磁場発生手段と発熱量Ｑの関係を示した図
【図７】磁場発生手段模型図
【図８】発熱層深さと電磁波強度の関係を示したグラフ
【図９】第２の実施形態例における加熱装置としての定着装置要部の横断側面模型図
【図１０】第２の実施形態例における定着フィルムの層構成模型図

Claims

金属層および圧接部材と摺動する摺動層を有する定着フィルムにおいて、該摺動層が、イミド化率７０〜９３％のポリイミド樹脂層であることを特徴とする定着フィルム。
ポリイミド樹脂層のイミド化率が７５〜９０％であることを特徴とする請求項１記載の定着フィルム。
ポリイミド樹脂層のポリイミド樹脂が下記構造を有するものであることを特徴とする請求項１記載の定着フィルム。
【外１】
金属層がＮｉ層であることを特徴とする請求項１記載の定着フィルム。
金属層の厚さが１〜１００μｍおよび摺動層の厚さが５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の定着フィルム。
摺動層が形成されていない金属層の表面に、弾性層を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の定着フィルム。
弾性層上に離型層を有することを特徴とする請求項６記載の定着フィルム。
離型層が、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴムおよびシリコーンゴムから選ばれた材料で形成されていることを特徴とする請求項７記載の定着フィルム。
定着フィルムがエンドレスフィルムになっていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の定着フィルム。
金属層及びポリイミド樹脂層を備えた定着フィルムと、前記定着フィルムを介して互いに圧接する一対の圧接部材と、を有し、前記定着フィルムのポリイミド樹脂層は前記圧接部材の一方と摺動し、前記定着フィルムからの熱により、記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、定着フィルムが請求項１乃至９のいずれかに記載の定着フィルムであることを特徴とする像加熱装置。
摺動する側に磁束を発生する磁束発生手段を有し、前記磁束発生手段により発生する磁束により前記定着フィルムの金属層が発熱して記録材上の画像を加熱することを特徴とする請求項１０に記載の像加熱装置。
摺動する側に加熱体を有し、前記定着フィルムを介した前記加熱体からの熱により記録材上の画像を加熱し、前記定着フィルムと摺動する圧接部材は前記加熱体であることを特徴とする請求項１０に記載の像加熱装置。