JP2004118120A - 加熱定着部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粗さ曲線の波形形状を規制するパラメータを導入して、離型層表面を加工するときの管理基準を明確にし、実機搭載時にトナー固着や分離爪による摩耗を誘発する確率を従来よりも低くし得る加熱定着部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】加熱定着部材の金属製芯金の表層にＰＦＡあるいはＰＴＦＥ樹脂を主成分とする離型層を形成し、該加熱定着部材の離型層の表面性状に対して、表面粗さ計の測定条件が測定長さＬ＝２．５ｍｍ、カットオフ値λｃ＝０．２５で測定したときに得られる粗さ曲線の中心線山高さＲｐと中心線谷深さＲｖとのパラメータの比が、Ｒｐ／Ｒｖ≧１．５０の関係を満たすようにした。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンタ等に用いられる加熱定着装置の加熱定着部材及びその製造方法に関するものであり、加熱定着部材以外の離型性が要求されるフッ素樹脂材料が被覆された表面の平滑化技術にも応用可能なものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式の複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンタ等には、転写紙に静電付着している未定着トナーを転写紙に溶融接着させるための加熱定着装置が設置されている。
該加熱定着装置は、図５に示される如く、主として金属からなる加熱定着ローラ１と、加熱定着ローラ１に転写紙７を密着させるためシリコンゴム等の軟質ゴム材料で被覆された弾性層を保持する加圧ローラ２と、転写紙７を定着した後、転写紙７が該加熱定着ローラ１に付着することによる転写紙７の詰まりを防止するために転写紙７をローラから分離させる機能を持つ分離爪６と、該加熱定着ローラ１の温度制御に用いるハロゲンヒータ３などにより構成される。尚、図５中、４は軸受、５は駆動ギア、８はトナーである。
前記加熱定着ローラ１は、通常、アルミニウム合金もしくは鉄系の金属製円筒管を基体とする芯金（以下、単に芯金と称す）の表面を粗らす加工を行ない（例えば、サンドブラスト）、離型性、絶縁性、熱化学的安定性の良いフッ素樹脂（例えば、ＰＦＡやＰＴＦＥに充填材を入れ、耐摩耗性を上げたもの）を、あるいはプライマー層を下地として乾燥させた後、その上にフッ素樹脂（例えば、ＰＦＡやＰＴＦＥに充填材を入れ、耐摩耗性を上げたもの）を離型層として静電被覆塗装し、焼成、冷却した後、表面突起物を取り除く（例えば、テープ研磨）ことにより成る。
一方、前記加熱定着ローラ１は、ハロゲンヒータ３により熱せられ、約１６５〜２３０℃に保持され、未定着のトナー８を溶融して、加圧ローラ２との間で圧力をかけることにより転写紙７に定着せしめる。
前記離型層は、所望の表面粗さを得るためにテープ研磨やバニッシュ等の手段により仕上げ加工されている。
従来、加熱定着ローラ１の表面粗さはその他の部品や加工技術でも広く用いられている十点平均粗さＲｚや算術平均粗さＲａで評価されており、その数値は小さい程良いとされている。
【０００３】
ここで、バニッシュ加工に用いられる加熱定着ローラ１の離型層の平滑手段の概略を図６に示す。図６中、１１は加熱定着ローラ１の軸方向に所定の曲率を有する金属製コロである圧接ローラ部材、１２は平滑手段、１２ａは圧力センサ、１２ｂは加圧用エアシリンダ、１３は誘導発熱コイル、１３ａは放射温度計であり、バニッシュ加工では圧接ローラ部材１１を加熱定着ローラ１表面に押し付けて加工するようになっている。
一方、従来においては、電子写真装置における転写装置に用いる記録体担持シート部材に関するものとして、該記録体担持シートに対し、加熱定着ローラ１に塗布された離型性のためのシリコンオイル等の離型剤を転移させるようにしたものがあり、これは、記録体担持シート表面を粗面化する手段に関するもので、該記録体担持シート表面の凹凸に起因する転写電界差、削れによる磨耗に対して有効な効果を得るための表面形状を規定し、その主となる手段として、粗さ曲線の最大粗さＲｍａｘ（本文記述はＲｙ）、中心線山高さＲｐおよび中心線谷深さＲｖをパラメータとして、
Ｒｍａｘ＝Ｒｐ＋Ｒｖ　（式３）、Ｒｐ≧Ｒｖ　（式４）
とする関係を記載している。（例えば、特開平８−１８５０６１号参照。）
また、従来においては、ローラ外周面にゴム層を形成した後、フッ素樹脂ディスパージョンを塗装し、予備乾燥を施した後、その塗装面をフッ素樹脂の融点以上の温度に加熱した加熱体に加圧接触させ、この加熱体の表面もしくは前記塗装面を転動させて加熱させる手段を開示すると共に、前記加熱体の温度を３６０〜５５０℃とする加熱定着ローラ１の製造方法を開示したものがある。（例えば、特公平７−４３５５６号公報参照。）
【特許文献１】特開平８−１８５０６１号公報
【特許文献２】特公平７−４３５５６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
未定着トナー画像を転写紙７に永久的に定着させるための加熱定着装置では、加熱によって溶融したトナー８は加熱定着ローラ１の表面との親和性が大きくなるために加熱定着ローラ１にオフセットしやすくなる。また、オフセットした溶融トナーは加熱定着ローラ１の表面に付着し、成長する。付着したトナー８は加熱定着装置に具備されたクリーニング部材でクリーニングされがたくなり、そのため、付着したトナー８が転写紙７に転移してしまう。
そこで、前述のように加熱定着ローラ１の表面性状はトナーとの親和性／クリーニング性から平滑な面が要求される。しかしながら、離型層表面の平滑化に用いられている工法が研磨材を使ったテープ研磨による場合では研磨目が残るために、その面を再焼成（２次焼成）する場合が多い。
例えば、表面の高さ方向のパラメータＲｚ、Ｒａが各々２μｍ、０．５μｍといった小さいレベルに加工されていても、離型性や耐摩耗性に差があることは経験的に知られており、ただ単にＲｚやＲａを小さくすることだけに専念していても、実機搭載時にトナー８が固着したり、また分離爪６が当接する部分で摩耗を起こして結果的に黒スジ等の画像上の不具合を引き起こすことがままあった。
ここで、テープ研磨で加熱定着ローラ１を加工する場合、例えば３０μｍ前後の平均粒径を有する研磨材で加工すれば、その十点平均粗さＲｚは１μｍ以内に入り、また、加熱定着ローラ１の軸方向に所定の曲率を有する金属製コロである圧接ローラ部材１１を押し付けてバニッシュ加工した場合もＲｚは１μｍ以内である。
しかし、上記バニッシュ加工では前述したように圧接ローラ部材１１を加熱定着ローラ１表面に押し付けて加工するため、その際の押し付け力は、該加熱定着ローラ１の法線方向に推力で１０ｋｇｆ（１００Ｎ）程度の加圧力が必要である。そのため、加熱定着ローラ１の基材は、厚肉の金属芯金（ｔ＝１ｍｍ以上）となるが、近年の省エネ化に対する動向として、上記金属芯金の薄肉化や無端状ベルトへの展開が要求されている。
しかしながら、前述の通り、平滑な面を得るためのバニッシュ加工では、加熱定着ローラ１の基材を薄肉化すると、該加熱定着ローラ１の基材がその加圧力によって変形してしまう虞がある。
【０００５】
一方、特開平８−１８５０６１号公報に開示されたものは、転写装置の記録体担持シート上への離型剤の転移を抑制する、あるいは転写電位差を表面性状を少数の微小な凸部のみを有することで適正な関係にする手段であり、トナーに対する離型性を直接解決する手段ではない。
また、特公平７−４３５５６号公報に開示されたものでは、加熱体をフッ素樹脂の融点（一般的に、３２０℃）以上に加熱する手段において、前述のごとく加熱体の表面もしくは塗装面を転動させた場合に、該塗装面（加熱なし）との当接部位近傍の温度差が変動することは伝熱、蓄熱から明白であり、該フッ素樹脂の成膜状態が不安定な状態となり前記加熱体の表面に溶融したフッ素樹脂が付着しやすくなる恐れがある。また、該加熱体の形状が加熱定着ローラ１の塗装面全域長さに対して形成されているが、加熱定着ローラ１には転写紙７搬送性のためにつづみ形状（一般的に、φ０．０８〜０．１０ｍｍ）があるために全長域で均一な当接圧力を得るのは容易ではない。
本発明は、斯かる実情に鑑み、粗さ曲線の波形形状を規制するパラメータを導入して、離型層表面を加工するときの管理基準を明確にし、実機搭載時にトナー固着や分離爪による摩耗を誘発する確率を従来よりも低くし得る加熱定着部材及びその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明では、未定着トナー画像が転写された転写紙にトナーを定着させる加熱定着部材において、
加熱定着部材の金属製芯金の表層にＰＦＡあるいはＰＴＦＥ樹脂を主成分とする離型層を形成し、該加熱定着部材の離型層の表面性状に対して、表面粗さ計の測定条件が測定長さＬ＝２．５ｍｍ、カットオフ値λｃ＝０．２５で測定したときに得られる粗さ曲線の中心線山高さＲｐと中心線谷深さＲｖとのパラメータの比が、
Ｒｐ／Ｒｖ≧１．５０　　　　　　　　　　（１）式
の関係を満たすことを特徴とする加熱定着部材を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、加熱定着部材を加熱する手段と、加熱定着部材表面に当接しつつ従動回転可能な圧接ローラ部材と、該圧接ローラ部材を加熱定着部材に所定の圧力で圧接せしめる摺動部材とによって、加熱定着部材の表面を形成するようにした請求項１記載の加熱定着部材の製造方法を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、圧接ローラ部材の当接部位近傍において、加熱定着部材の表面温度ＴＲ℃と、圧接ローラ部材の表面温度ＴＫ℃との間の温度差（＝ＴＲ−ＴＫ）が５℃以下である請求項２記載の加熱定着部材の製造方法を主要な特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１〜図４は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図５及び図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、加熱定着ローラ１に当接する圧接ローラ部材１１の近傍に加熱手段を設けて、平滑化すべき離型層部を軟化／溶融させつつ、圧接ローラ部材１１を加熱定着ローラ１に当接させることで低負荷による表面の平滑加工を可能としたものである。
前記圧接ローラ部材１１は、Ｓ４５Ｃ材のφ３６で幅が１０ｍｍとし、先端部を所望の曲率とし、回転軸を介して固定するようにしている。また、前記圧接ローラ部材１１は、摺動機構を有するアクチュエータ等で加熱定着ローラ１に当接させるが、加圧力の制御は加圧用エアシリンダ１２ｂによって行っている。そのため、前記圧接ローラ部材１１を回転させて加熱定着ローラ１に圧接することが可能である。また、その回転軸にセラミックヒータ１２ｄを挿入して、回転軸外周に設けた温度センサ１２ｃによって所定の温度に制御している。
また、芯金の加熱手段として誘導発熱コイル１３を図示したように加熱定着ローラ１の外周部に配設し、非接触型の放射型温度計で芯金の加熱温度をフィードバック制御している。
上記の加圧手段および芯金加熱手段は、アクチュエータによって加熱定着ローラ１の軸方向に定速で走査させることで、加熱定着ローラ１の全面に渡って、均一な表面加工を施すようしている。
また、前記圧接ローラ部材１１の当接する表面部には図３に示す微小凹み１１ａを点在させている。この微小凹み１１ａを有することによって、前記圧接ローラ部材１１が圧接された加熱定着ローラ１の外周面には、微小凹み１１ａに相当した微小突起９が形成される。
前記微小凹み１１ａは、所望の形状に形成した圧接ローラ部材１１の表面をエッチング処理によって形成しているが、転造加工や切削加工などの機械加工によっても形成可能である。
さらに図３に示したように、微小凹み１１ａの深さは５〜１０μｍ、大きさがφ０．３〜１ｍｍであり、圧接ローラ部材１１外周部に１ヶ／ｍｍ^２で形成した。
上記の表面加工を行うことで、耐摩耗性に優れ、離型性が良く且つトナー固着を起こさない、結果的に長寿命の加熱定着部材（加熱定着ローラ１）を提供することが可能となる。
【０００８】
【実施例】
以下に実施例を示す。
対象となる加熱定着ローラ１は、φ４０×長さ３８０ｍｍの両端部がφ３０に絞られた一般的にジャーナル付きと呼称される形状の加熱定着ローラ１である。該加熱定着ローラ１の肉厚は、ｔ＝１ｍｍ以下の薄肉芯金である。このφ４０部の外周部にＰＦＡを主成分とするフッ素樹脂をコーティングしてあり、膜厚は２４μｍ程度である。
この加熱定着ローラ１を両センターチャックで固定して回転させる。回転数は２５０ｒｐｍとした。これに前述の加圧手段および芯金加熱手段をローラ軸方向に走査して表面加工を施した。芯金加熱手段は銅製パイプに電圧を印加して誘導電界を発生させ、芯金温度を３２０℃程度に加熱させる。その近傍（走査方向で後退側）に加圧手段を等速で走査した。走査する速度は１ｍｍ／ｓｅｃとした。該加圧手段の加圧力はエアシリンダで１．５ｋｇｆ（１５Ｎ）程度になるように設定した。また、圧接ローラ部材１１は３１５℃になるように制御した。
上記で得られた加熱定着ローラ１の特性評価として、２次焼成されたものと、導電性チューブで被覆されたもので比較を行った。測定は測定長さＬ＝２．５ｍｍ、カットオフ値λｃ＝０．２５で測定した。
上記の各サンプルのその他の表面性状について表１に示す。また、測定した粗さ曲線を図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【表１】

上記表１の結果について、中心線山高さＲｐと中心線谷深さＲｖとの比（Ｒｐ／Ｒｖ）を求めたものを下記の表２に示す。
但し、上記の比（Ｒｐ／Ｒｖ）において中心線谷深さＲｖは数値上、負の値を示すことから算術上は、中心線山高さＲｐと中心線谷深さＲｖとの比を、
Ｒｐ／Ｒｖ＝Ｒｐ／｜Ｒｖ｜　　　　（２）式
という式のように絶対値を用いている。
【表２】

上記の加熱定着ローラ１としての耐久性について比較検討を行った。デジタル複写機にセッティングし、５枚通紙、３分間欠で画像パターン：黒ベタラインで３０ｋ枚の通紙（線速は４５ＣＰＭ）で行った。
通紙に用いる転写紙７は炭酸カルシウムの多い専用紙を用い、また、分離爪６の爪荷重は１５ｇｆ／ｍｍ（≒１５×９．８ｍＮ／ｍｍ）でトナー固着等の発生しやすい条件とした。
【表３】

ここで、判定基準は以下。
×…不良
△…良（画像不良は２０Ｋまでの途中に何回か発生したが、３０ｋ通紙後には確認されなかった）
○…優
図２に本発明によるところの表面粗さのパラメータ接触比を説明する概略図を示す。本発明によって、分離爪６の爪部における摩耗、画像不良は改善の効果が認められ、耐摩耗性に優れ、離型性が良く且つトナー固着を起こさない、結果的に長寿命の加熱定着ローラ１を提供することが可能となった。
尚、本発明の加熱定着部材及びその製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０００９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１記載の加熱定着部材によれば、表面の凹凸を少なくすることが可能であり、より平滑な面が得られることで分離爪の片当たりなどによるキズを低減し、加熱定着部材の表面性を維持することが可能であり、摩耗を防止して加熱定着部材の寿命をのばすことができる。
本発明の請求項２記載の加熱定着部材の製造方法によれば、加熱定着部材の離型層の平滑化手段において、加熱定着部材の基体を変形させることなく、薄肉化を図ることが可能となる。そのため、省エネ化に向けた薄肉で且つ高精度な平滑面を有する加熱定着部材を容易に得ることが可能となる。特に請求項２記載の加熱手段を具備することで、表層部に形成された離型層を効率よく加熱、溶融せしめ、圧接ローラ部材の表面性状を低荷重にて加熱定着部材に転写することが可能となる。
本発明の請求項３記載の加熱定着部材の製造方法によれば、加熱定着部材の離型層の平滑化手段において、圧接ローラ部材と加熱定着部材との間に温度差を設けることで、溶融した離型材料が圧接ローラ部材に付着することを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明によるところの平滑手段における圧接ローラ部材の加熱手段を示す部分断面図である。
【図２】本発明によるところの表面粗さのパラメータ接触比を説明する概略図である。
【図３】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明によるところの平滑手段、圧接ローラ部材の表面を示す説明図である。
【図４】（ａ）は本発明によって得られたローラ表面の粗さ曲線図、（ｂ）は従来技術（２次焼成）によって得られるローラ表面の粗さ曲線図、（ｃ）は従来技術（導電性チューブ）によって得られるローラ表面の粗さ曲線図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は従来の加熱定着装置の構成を説明する部分断面図である。
【図６】（ａ）乃至（ｄ）は加熱定着ローラ離型層の平滑手段を示す模式図である。
【符号の説明】
１　加熱定着ローラ、２　加圧ローラ、３　ハロゲンヒータ、４　軸受、５　駆動ギヤ、６　分離爪、７　転写紙、８　トナー、９　微小突起、１１　圧接ローラ部材、１１ａ　微小凹み、１２　平滑手段、１２ａ　圧力センサ、１２ｂ　加圧用エアシリンダ、１２ｃ　温度センサ、１２ｄ　セラミックヒータ、１３　誘導発熱コイル、１３ａ　放射温度計

Claims (3)

1. 未定着トナー画像が転写された転写紙にトナーを定着させる加熱定着部材において、
   加熱定着部材の金属製芯金の表層にＰＦＡあるいはＰＴＦＥ樹脂を主成分とする離型層を形成し、該加熱定着部材の離型層の表面性状に対して、表面粗さ計の測定条件が測定長さＬ＝２．５ｍｍ、カットオフ値λｃ＝０．２５で測定したときに得られる粗さ曲線の中心線山高さＲｐと中心線谷深さＲｖとのパラメータの比が、
   Ｒｐ／Ｒｖ≧１．５０　　　　（１）式
   の関係を満たすことを特徴とする加熱定着部材。
2. 加熱定着部材を加熱する手段と、加熱定着部材表面に当接しつつ従動回転可能な圧接ローラ部材と、該圧接ローラ部材を加熱定着部材に所定の圧力で圧接せしめる摺動部材とによって、加熱定着部材の表面を形成するようにした請求項１記載の加熱定着部材の製造方法。
3. 圧接ローラ部材の当接部位近傍において、加熱定着部材の表面温度ＴＲ℃と、圧接ローラ部材の表面温度ＴＫ℃との間の温度差（＝ＴＲ−ＴＫ）が５℃以下である請求項２記載の加熱定着部材の製造方法。

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