JP2004151446A - 加熱定着部材及びその製造方法並びにそれを有する定着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減した加熱定着部材及びその製造方法並びにそれを有する定着装置を提供する。
【解決手段】基体１上にフッ素樹脂で構成される離型層２を有する加熱定着部材において、離型層２の粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高部分である山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ としたときに、前記離型層２の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たすものとする。
【選択図】 図１
【解決手段】基体１上にフッ素樹脂で構成される離型層２を有する加熱定着部材において、離型層２の粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高部分である山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ としたときに、前記離型層２の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たすものとする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写紙上の未定着像を加熱、加圧して定着するために用いられる加熱定着部材及びその製造方法並びにそれを有する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の加熱定着装置の部分断面図であって、（ａ）は、部分縦断面図であり、そして、（ｂ）は、部分横断面説明図である。従来の加熱定着装置は、転がり軸受け１０５，１０５によって保持された加熱定着ローラ１０１、及び、この定着ローラ１０１に加圧するように設けた転がり軸受け１１１，１１１によって保持された加圧ローラ１０８を有している。
【０００３】
従来の加熱定着ローラ１０１においては、円筒状の基体（芯金）１０２の表面に、離型性を良くしてトナーにより形成された画像を加熱定着する際にオフセットを防止するように、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で構成される離型層１０３が被覆されている。離型層１０３は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂の分散液をアルミニウム、鉄等の金属で構成される円筒状の基体１０２の表面に塗布して塗布層を形成し、これを焼成、冷却した後、塗布層の表面にテープ研磨、冷間バニッシュ等の手段により、表面仕上げ加工を施して、表面突起物を取り除くことにより形成されている。そして、このようにして得られた加熱定着ローラ１０１の離型層１０３の表面粗さは、部品の加工技術分野で広く用いられている十点平均粗さＲｚや算術平均粗さＲａで評価されているが、それらの数値は、小さい程良いとされていた。
【０００４】
円筒状の基体１０２の内部には、熱を外周の離型層１０３に供給するように、ハロゲンヒーター１０６が配置されている。離型層１０３の表面温度は、約１６０〜１８０℃にコントロールされ、トナーの結着樹脂毎の溶融温度に調整されている。
【０００５】
加熱定着ローラ１０１の表面には、シリコンオイル等を含侵したクリーニングウエブ（図示せず）を接触させて、定着時に僅かにローラ側に付着したトナーを除去してホットオフセットを防止すると共に、離型性を良くしてトナー、紙粉等の付着を防止している。トナー１１３で形成されたトナー像を表面に有する転写紙１１２を通紙させる通紙部の後端には、定着時の転写紙１１２の巻き込みを防止するために分離爪１０７が配置されている。加熱定着ローラ１０１には、これに当接してニップを形成するように、加圧ローラ１０８が配置されている。そして、このようなニップが形成されると、画像形成された転写紙１１２の上のトナー１１３を加熱し、溶融し、凝集し、接着するための時間が与えられることとなる。また、加圧ローラ１０８においては、円筒状の基体（芯金）１０９の表面に、クッション性のあるシリコンゴム又はフッ素ゴムで構成される層、或いは、シリコンゴムで構成される層の上にフッ素樹脂チューブを被覆した層よりなる表面層１１０が形成されている。加圧ローラ１０８は、駆動ギヤ１０４によって回転させた加熱定着ローラ１０１と従動回転するようになっている。
【０００６】
【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に永久的に定着させる定着装置においては、加熱によって溶融したトナーは、加熱定着部材の表面との親和性が大きくなるので、定着部材にホットオフセットしやすくなる。また、ホットオフセットした溶融トナーが定着部材の表面に付着して成長すると、これらのトナーは、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にくくなるので、転写紙（記録材）に転移してしまう。それ故、前述のように、加熱定着部材の表面性状としては、トナーとの親和性及びクリーニング性の観点から、平滑な面が要求される。
【０００７】
従来、離型層の表面を平均粒径３０〜４０μｍ程度の砥粒によるテープ研磨で平坦化する場合には、研磨目が離型層の表面に残るので、その面を再焼成することが行われていた。また、このような離型層の表面に金属製のローラ部材を押し当ててバニッシュ（冷間バニッシュ）加工したり、ロール加工したりすることも行われていた。
【０００８】
しかしながら、冷間バニッシュ加工やロール加工によって離型層の表面を平坦化して、その表面粗さＲｚ、Ｒａを２μｍ、０．５μｍといった小さいレベルにしたものであっても、離型性、耐摩耗性等の性質、及び、外観に差が生じるという問題があり、また、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が離型層の表面に固着してホットオフセットを起こしたり、さらには、分離爪が離型層の表面に当接する部分で摩耗させて黒スジ等を発生させたりして、画像上の不具合を引き起こすという問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減した加熱定着部材及びその製造方法並びにそれを有する定着装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、加熱定着部材の離型層を構成するフッ素樹脂を加熱手段で加熱して軟化又は溶融させ、次に、圧接ローラを加熱定着部材の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラを摺動部材により加熱定着部材の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させて、加熱定着部材の離型層を平坦化させたところ、
表面粗さ計で測定して得た粗さ曲線の平均線に平行で最低の谷底Ｐｂ からＲｙ （最大粗さ）の高さにある最高の山頂Ｐｍ を通る山頂線に平行な線で切断して得られる切断長さの和の基準長さに対する比を百分率で示した値を「負荷長さ率」とすると共に、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高部分である山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ とし、かつ、測定長さ：Ｌ＝２．５ｍｍ及びカットオフ値：λｃ＝０．２５としたときに、
前記離型層の表面粗さが、
（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、
（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、
（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％
を全て満たす定着部材が得られ、その定着部材の「繰り返しの加熱定着サイクルでのトナー成分物質、紙紛成分等の付着物に起因するホットオフセットや、分離爪による摩耗を誘発する確率」が従来のものよりも低いことを見いだして本発明を完成するに至った。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、基体上にフッ素樹脂で構成される離型層を有する加熱定着部材において、
表面粗さ計で測定して得た粗さ曲線の平均線に平行で最低の谷底Ｐｂ からＲｙ （最大粗さ）の高さにある最高の山頂Ｐｍ を通る山頂線に平行な線で切断して得られる切断長さの和の基準長さに対する比を百分率で示した値を「負荷長さ率」とすると共に、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高部分である山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ とし、かつ、測定長さ：Ｌ＝２．５ｍｍ及びカットオフ値：λｃ＝０．２５としたときに、
前記離型層の表面粗さが、
（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、
（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、
（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％
を全て満たすことを特徴とする加熱定着部材である。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記基体が、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるロールであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記基体が、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、加熱定着部材の表面を加熱する第１の加熱手段と、加熱定着部材の表面に当接しつつ従動回転可能な圧接ローラと、前記圧接ローラを加熱定着部材に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させる摺動部材とを用いることによって、基体上にフッ素樹脂で構成される離型層を有する加熱定着部材の製造方法において、前記加熱定着部材の離型層を構成するフッ素樹脂を前記第１の加熱手段で加熱して軟化又は溶融させ、次に、前記圧接ローラを前記第１の加熱定着部材の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラを前記摺動部材により加熱定着部材の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させて、加熱定着部材の離型層を平坦化させることを特徴とする加熱定着部材の製造方法である。
【００１６】
請求項６に記載された発明は、請求項５に記載された発明において、前記圧接ローラに第２の加熱手段を具備させ、これで前記加熱定着部材の表面を構成するフッ素樹脂の融点以上に加熱することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に記載された発明は、請求項５又は６に記載された発明において、前記圧接ローラの当接部位近傍において、前記加熱定着部材の表面温度をＴＲ ℃とし、そして、前記圧接ローラの表面温度をＴＫ ℃としたときに、ＴＫ−ＴＲが２５℃以上であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８に記載された発明は、請求項５〜７のいずれかに記載された発明において、前記圧接ローラを前記加熱定着ローラの軸方向に対して傾斜させることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項９に記載された発明は、請求項５〜８のいずれかに記載された発明において、前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１０に記載された発明は、請求項５〜９のいずれかに記載された発明において、前記基体が、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるロールであることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１１に記載された発明は、請求項５〜１０のいずれかに記載された発明において、前記基体が、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトであることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１２に記載された発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材を有することを特徴とする加熱定着装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す加熱定着部材（ローラ）の横断面図である。図２は、本発明の他の一実施の形態を示す加熱定着部材（無端ベルト）の横断面図である。図３は、本発明によるところの「負荷長さ率」を説明するための説明図である。図４は、本発明の一実施形態を示す加熱定着部材（ローラ）の製造方法を説明するための説明図であって、（ａ）は、正面図であり、そして、（ｂ）側面図である。図５は、本発明の他の一実施形態を示す加熱定着部材（ローラ）の製造方法を説明するための説明図であって、（ａ）は、正面図であり、そして、（ｂ）は、側面図である。
【００２４】
図１において、１０は、加熱定着部材（ローラ）である。加熱定着部材１０は、基体１の上にフッ素樹脂で構成される離型層２を有している。
そして、図３に示されているように、表面粗さ計で測定して得た粗さ曲線の平均線に平行で最低の谷底Ｐｂ からＲｙ （最大粗さ）の高さにある最高の山頂Ｐｍ を通る山頂線に平行な線で切断して得られる切断長さの和の基準長さに対する比を百分率で示した値を「負荷長さ率」とすると共に、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ とし、かつ、測定長さ：Ｌ＝２．５ｍｍ及びカットオフ値：λｃ＝０．２５としたときに、
前記離型層２の表面粗さが、
（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、
（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、
（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％
を全て満たしている。
【００２５】
このように、前記離型層２の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たしていると、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減することにより、加熱定着部材の寿命をのばすことができる。
【００２６】
本発明におけるフッ素樹脂は、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体でる。
【００２７】
図１に示されているように、本発明における基体１は、例えば、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるローラである。
【００２８】
以上、本発明の加熱定着部材がローラである場合について説明したが、本発明の加熱定着部材が無端ベルトである場合についても同様に説明することができる。その場合には、図２に示されているように、本発明における基体２１は、例えば、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトである。
【００２９】
図１，４、５に示されているように、本発明の加熱定着部材（ローラ）１０は、加熱定着部材１０の表面を加熱する第１の加熱手段（誘導発熱コイル）１３と、加熱定着部材１０の表面に当接しつつ従動回転可能な圧接ローラ１１と、前記圧接ローラ１１を加熱定着部材１０に所定の圧力で圧接しつつ矢印で示される加熱定着部材の軸方向に摺動させる摺動部材（図示せず）とを用いることによって製造されるが、具体的には、前記加熱定着部材１０の基体１の上に形成された離型層２を構成するフッ素樹脂を前記第１の加熱手段１３で加熱して軟化又は溶融させ、次に、前記圧接ローラ１１を前記第１の加熱定着部材１０の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラ１１を前記摺動部材により加熱定着部材１０の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させて、加熱定着部材１０の離型層２を平坦化させることによって製造される。前記第１の加熱手段（誘導発熱コイル）１３は、非接触型の放射型温度計１３ａで測定した基体（芯金）の加熱温度によって、フィードバック制御されている。図４において、１０ａは、表面の粗い領域であり、１０ｂは、表面の軟化された領域であり、そして、１０ｃは、表面の平坦化された領域である。
【００３０】
従来、加熱定着ローラの表面をテープ研磨材、例えば、３０μｍ前後の平均粒径の研磨粒子を保持させたテープ研磨材で加工すると、その十点平均粗さＲｚは１μｍ以内となり、また、ローラ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を押し付けて冷間バニッシュ加工すると、その十点平均粗さＲｚは１μｍ以内となる。前記冷間バニッシュ加工では、圧接ローラを加熱定着ローラに強く押し付けて加工するが、その際の押し付け力は、加熱定着ローラの法線方向に推力で１０ｋｇｆ（１００Ｎ）程度の加圧力が必要であった。そのために、加熱定着部材の基体（芯金）としては、厚肉の金属で構成されるもの（ｔ＝１ｍｍ以上）が必要となる。それ故、近年の省エネ化に対する動向として、上記金属で構成される基体（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、薄肉化された基体（芯金）を有する加熱定着部材の表面を平坦化するために冷間バニッシュ加工すると、基材（芯金）がその加圧力によって変形してしまう。
【００３１】
本発明によれば、図４，５に示すように、加熱定着部材１０の離型層を構成するフッ素樹脂を前記第１の加熱手段１３で加熱して軟化又は溶融させ、次に、圧接ローラ１１を前記第１の加熱定着部材１３の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラ１１を摺動部材（図示せず）により加熱定着部材１０の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材１０の軸方向に摺動させて、加熱定着部材１０の離型層（図１，２における２，２２参照）を平坦化させるので、離型層の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たしたものとなり、そのために、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率が従来のものよりも低くなり、よって、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減することにより、加熱定着部材１０の寿命をのばすことができる。しかも、本発明によれば、加熱定着部材１０の薄肉化した基体（図１，２における１，２１参照）を変形させることなく、低負荷による表面の平滑加工が可能となる。
【００３２】
図４，５に示されるように、本発明における圧接ローラ１１は、好ましくは、Ｓ４５Ｃ材で構成され、その直径は３６ｍｍであって、その幅は１０ｍｍであり、そして、その先端部は所望の曲率とされている。また、圧接ローラ１１は、回転軸を介して固定されている。また、圧接ローラ１１は、摺動機構を有するアクチュエータ（図示せず）で当接させるが、加圧力の制御は、エアーシリンダ１２ｂによって行われる。そのために、熱定着ローラ１０を矢印のように回転させて圧接ローラ１１を当接させると、圧接ローラ１１は、その回転軸によって従動しつつ、熱定着ローラ１０に圧接することが可能となる。なお、図４，５において、１２は、平滑手段であって、１２ａは、圧力を検知する圧力センサである。また、図５に示すように、圧接ローラ１１の回転軸に第２の加熱手段（セラミックヒータ）１２ｄを挿入して、温度センサ１２ｃによって所定の温度に制御してもよい。このように、圧接ローラ１１の回転軸に第２の加熱手段１２ｄを挿入して、温度センサー１２ｃによって所定の温度に制御すると、フッ素樹脂のより均一な溶融が可能となる。また、前記第１，２の加熱手段１３，１２ｄは、前記摺動部材（アクチュエータ）によって加熱定着部材１０の軸方向に定速で走査させるので、加熱定着部材１０の全面に渡って、均一な表面加工が可能となる。
【００３３】
本発明においては、圧接ローラ１１の当接部位近傍において、加熱定着部材１０の表面温度をＴＲ ℃とし、そして、前記圧接ローラ１１の表面温度をＴＫ ℃としたときに、ＴＫ−ＴＲが２５℃以上である。このように、ＴＫ−ＴＲが２５℃以上であると、加熱定着部材１０の薄肉化した基体を変形させることなく、低負荷による表面の平滑加工が可能となる。
【００３４】
本発明においては、圧接ローラ１１は、加熱定着ローラ１０の軸方向に対して傾斜して配置される。このように、圧接ローラ１１を加熱定着ローラ１０の軸方向に対して傾斜させると、圧接ローラ１１を軸方向に移動させながら加熱定着ローラ１０の表面に均一に圧接させることができ、そのために、より平坦な表面の平滑加工が可能となる。
【００３５】
本発明によって製造される加熱定着部材１０おける離型層２を構成するフッ素樹脂は、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体でる。
【００３６】
本発明によって製造される加熱定着部材１０おける基体を構成する金属は、例えば、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるローラである。
【００３７】
以上、本発明の加熱定着部材の製造方法を加熱定着部材がローラである場合について説明したが、図２に示されるように、本発明の加熱定着部材３０が無端ベルトである場合についても同様に説明することができる。即ち、加熱定着部材（無端ベルト）３０の基体２１の内径部分に形状保持体（図示せず）を挿入して加熱定着部材３０を円筒状に保持し、その状態で加熱定着部材３０の表面（離型層の表面）２２が、前記加熱定着部材がローラである場合と同様に、圧接ローラ１１で平坦化される。この場合には、本発明における基体２１は、例えば、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトである。
【００３８】
本発明の加熱定着装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材を有している。本発明の加熱定着装置は、このように請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材を有しているので、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減し、その結果、長寿命の加熱定着装置を提供することができる。また、本発明の加熱定着装置によれば、画像形成紙の巻き込みが防止され、また、クリーニング性を良くして良好な画像形成ができる。
【００３９】
【実施例】
（実施例１）
直径４０ｍｍ×長さ３８０ｍｍの両端部が直径３０ｍｍ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において、芯金の肉厚を１ｍｍの薄肉とし、そして、ＰＦＡで構成される離型層の肉厚を２４μｍとして、加熱定着ローラとした。この加熱定着ローラを両センターチャックで固定した後、回転数２５０ｒｐｍで回転させた。そして、これにＳ４５Ｃ材の直径３６ｍｍ、幅１０ｍｍの加圧手段（加圧ローラ）、及び、銅製パイプに電圧を印可して誘導電界を発生させて芯金温度を３２０℃程度に加熱させる芯金加熱手段、をローラ軸方向に１ｍｍ／秒で走査して加熱定着ローラの離型層の表面を平坦化した。その際、前記加圧手段の加圧力は、エアーシリンダで１．５ｋｇｆ（１５Ｎ）程度になるように設定した。また、圧接ローラは、３５０℃以上になるように制御した。
このようにして得られた加熱定着ローラ（以下、「本発明品」という。）の離型層のカットレベル［％］ごとの負荷長さ率Ｔｐ ［％］を測定した。その際に、測定長さＬを２．５ｍｍとし、そして、カットオフ値λｃ を０．２５として測定した。
また、これと比較するために、二次焼成されたＰＦＡで構成される離型層を有するもの（従来品１）、ＰＦＡで構成される導電性チューブで形成した離型層を有するもの（従来品２）、及び、ＰＦＡで構成される冷間バニッシュされた離型層を有するもの（従来品３）についても、同様に、離型層のカットレベル［％］ごとの負荷長さ率Ｔｐ ［％］を測定した。
【００４０】
本発明品及び従来品１〜３についての測定結果は、次の表１に示すとおりである。
【００４１】
【表１】
【００４２】
図６は、前記表１に基づいて、本発明品及び従来品１〜３における離型層のカットレベル［％］と負荷長さ率Ｔｐ ［％］との関係を示したグラフである。そして、図６においては、本発明品に係わるグラフと従来品１〜３に係わるグラフとの境界（境界域）に点線で示される境界線を引くことができる。この境界線によれば、本発明品及び従来品１〜３は、負荷長さ率Ｔｐ （％）によって明確に区別することができる。即ち、本発明品は、離型層の粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高部分である山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ としたときに、カットレベルが３０％、５０％及び７０％において、「負荷長さ率」がそれぞれ３．００％、１５．００％及び８０．００％となっており、前記離型層の表面粗さが、
（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、
（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、
（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％
を全て満たすものとなるが、従来品１〜３は、それらの数値条件を全て満たすものとはならない。
【００４３】
図６より、本発明品は、従来品１〜３よりも、負荷長さＴｐ のカーブの傾きが大きい傾向にあること及びカットレベル（最高の山頂から平行線で切断する高さ）が大きい（＝低い山）方にシフトしていることがわかる。
【００４４】
次に、本発明製品、従来製品１及び従来製品２の耐久性について比較試験を行った。比較試験は、本発明製品、従来製品１及び従来製品２をそれぞれデジタル複写機にセッティングし、５枚通紙、３分間欠とし、画像パターンを黒ベタラインとして、３０ｋ枚の通紙（線速は４５ＣＰＭ）によって行った。通紙に用いる転写紙は、炭酸カルシウムの多い専用紙を用い、また、爪荷重は１５ｇｆ／ｍｍでトナー固着等の発生しやすい条件とした。
そして、判定基準は、以下のとおりとした。
×・・・不良（画像不良が多数回発生した。）
△・・・良（画像不良が何回か発生した。）
○・・・優（画像不良がほとんど発生しなかった。）
評価結果は、次の表２に示される。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【発明の効果】
（１）請求項１〜４に記載された発明によれば、離型層の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たしているので、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減することにより、加熱定着部材の寿命をのばすことができる。
【００４７】
（２）請求項５，９〜１１に記載された発明によれば、加熱定着部材の離型層を構成するフッ素樹脂を前記第１の加熱手段で加熱して軟化又は溶融させ、次に、圧接ローラを前記第１の加熱定着部材の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラを前記摺動部材により加熱定着部材の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させて、加熱定着部材の離型層を平坦化させるので、離型層の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たしたものとなり、そのために、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率が従来のものよりも低くなり、よって、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減することにより、加熱定着部材１０の寿命をのばすことができる。しかも、請求項５，９〜１１に記載された発明によれば、加熱定着部材の薄肉化した基体を変形させることなく、低負荷による表面の平滑加工が可能となる。
【００４８】
（３）請求項６に記載された発明によれば、圧接ローラに第２の加熱手段を具備させ、これで前記加熱定着部材の表面を構成するフッ素樹脂の融点以上に加熱するので、フッ素樹脂のより均一な溶融が可能となる。
【００４９】
（４）請求項７に記載された発明によれば、加熱定着部材の表面温度をＴＲ ℃とし、そして、前記圧接ローラ１１の表面温度をＴＫ ℃としたときに、ＴＫ−ＴＲが２５℃以上としたので、加熱定着部材の薄肉化した基体を変形させることなく、低負荷による表面の平滑加工が可能となる。
【００５０】
（５）請求項１２に記載された発明によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材を有しているので、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減し、その結果、長寿命の加熱定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す加熱定着部材（ローラ）の横断面図である。
【図２】本発明の他の一実施の形態を示す加熱定着部材（無端ベルト）の横断面図である。
【図３】本発明によるところの「負荷長さ率」を説明するための説明図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す加熱定着部材（ローラ）の製造方法を説明するための説明図であって、（ａ）は、正面図であり、そして、（ｂ）側面図である。
【図５】本発明の他の一実施形態を示す加熱定着部材（ローラ）の製造方法を説明するための説明図であって、（ａ）は、正面図であり、そして、（ｂ）は、側面図である。
【図６】本発明品及び従来品１〜３における離型層のカットレベル［％］と負荷長さ率Ｔｐ ［％］との関係を示したグラフである。
【図７】従来の加熱定着装置の部分断面図であって、（ａ）は、部分縦断面図であり、そして、（ｂ）は、部分横断面説明図である。
【符号の説明】
１ 基体
２ 離型層
１０ 加熱定着部材（ローラ）
１０ａ 表面の粗い領域
１０ｂ 表面の軟化された領域
１０ｃ 表面の平坦化された領域
１１ 圧接ローラ
１２ 平滑手段
１２ａ 圧力センサ
１２ｂ エアーシリンダ
１２ｃ 温度センサー
１２ｄ 第２の加熱手段（セラミックヒータ）
１３ 第１の加熱部材（誘電加熱コイル）
１３ａ 放射型温度計
２１ 基体
２２ 離型層
３０ 加熱定着部材（無端ベルト）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写紙上の未定着像を加熱、加圧して定着するために用いられる加熱定着部材及びその製造方法並びにそれを有する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の加熱定着装置の部分断面図であって、（ａ）は、部分縦断面図であり、そして、（ｂ）は、部分横断面説明図である。従来の加熱定着装置は、転がり軸受け１０５，１０５によって保持された加熱定着ローラ１０１、及び、この定着ローラ１０１に加圧するように設けた転がり軸受け１１１，１１１によって保持された加圧ローラ１０８を有している。
【０００３】
従来の加熱定着ローラ１０１においては、円筒状の基体（芯金）１０２の表面に、離型性を良くしてトナーにより形成された画像を加熱定着する際にオフセットを防止するように、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で構成される離型層１０３が被覆されている。離型層１０３は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂の分散液をアルミニウム、鉄等の金属で構成される円筒状の基体１０２の表面に塗布して塗布層を形成し、これを焼成、冷却した後、塗布層の表面にテープ研磨、冷間バニッシュ等の手段により、表面仕上げ加工を施して、表面突起物を取り除くことにより形成されている。そして、このようにして得られた加熱定着ローラ１０１の離型層１０３の表面粗さは、部品の加工技術分野で広く用いられている十点平均粗さＲｚや算術平均粗さＲａで評価されているが、それらの数値は、小さい程良いとされていた。
【０００４】
円筒状の基体１０２の内部には、熱を外周の離型層１０３に供給するように、ハロゲンヒーター１０６が配置されている。離型層１０３の表面温度は、約１６０〜１８０℃にコントロールされ、トナーの結着樹脂毎の溶融温度に調整されている。
【０００５】
加熱定着ローラ１０１の表面には、シリコンオイル等を含侵したクリーニングウエブ（図示せず）を接触させて、定着時に僅かにローラ側に付着したトナーを除去してホットオフセットを防止すると共に、離型性を良くしてトナー、紙粉等の付着を防止している。トナー１１３で形成されたトナー像を表面に有する転写紙１１２を通紙させる通紙部の後端には、定着時の転写紙１１２の巻き込みを防止するために分離爪１０７が配置されている。加熱定着ローラ１０１には、これに当接してニップを形成するように、加圧ローラ１０８が配置されている。そして、このようなニップが形成されると、画像形成された転写紙１１２の上のトナー１１３を加熱し、溶融し、凝集し、接着するための時間が与えられることとなる。また、加圧ローラ１０８においては、円筒状の基体（芯金）１０９の表面に、クッション性のあるシリコンゴム又はフッ素ゴムで構成される層、或いは、シリコンゴムで構成される層の上にフッ素樹脂チューブを被覆した層よりなる表面層１１０が形成されている。加圧ローラ１０８は、駆動ギヤ１０４によって回転させた加熱定着ローラ１０１と従動回転するようになっている。
【０００６】
【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に永久的に定着させる定着装置においては、加熱によって溶融したトナーは、加熱定着部材の表面との親和性が大きくなるので、定着部材にホットオフセットしやすくなる。また、ホットオフセットした溶融トナーが定着部材の表面に付着して成長すると、これらのトナーは、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にくくなるので、転写紙（記録材）に転移してしまう。それ故、前述のように、加熱定着部材の表面性状としては、トナーとの親和性及びクリーニング性の観点から、平滑な面が要求される。
【０００７】
従来、離型層の表面を平均粒径３０〜４０μｍ程度の砥粒によるテープ研磨で平坦化する場合には、研磨目が離型層の表面に残るので、その面を再焼成することが行われていた。また、このような離型層の表面に金属製のローラ部材を押し当ててバニッシュ（冷間バニッシュ）加工したり、ロール加工したりすることも行われていた。
【０００８】
しかしながら、冷間バニッシュ加工やロール加工によって離型層の表面を平坦化して、その表面粗さＲｚ、Ｒａを２μｍ、０．５μｍといった小さいレベルにしたものであっても、離型性、耐摩耗性等の性質、及び、外観に差が生じるという問題があり、また、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が離型層の表面に固着してホットオフセットを起こしたり、さらには、分離爪が離型層の表面に当接する部分で摩耗させて黒スジ等を発生させたりして、画像上の不具合を引き起こすという問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減した加熱定着部材及びその製造方法並びにそれを有する定着装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、加熱定着部材の離型層を構成するフッ素樹脂を加熱手段で加熱して軟化又は溶融させ、次に、圧接ローラを加熱定着部材の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラを摺動部材により加熱定着部材の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させて、加熱定着部材の離型層を平坦化させたところ、
表面粗さ計で測定して得た粗さ曲線の平均線に平行で最低の谷底Ｐｂ からＲｙ （最大粗さ）の高さにある最高の山頂Ｐｍ を通る山頂線に平行な線で切断して得られる切断長さの和の基準長さに対する比を百分率で示した値を「負荷長さ率」とすると共に、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高部分である山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ とし、かつ、測定長さ：Ｌ＝２．５ｍｍ及びカットオフ値：λｃ＝０．２５としたときに、
前記離型層の表面粗さが、
（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、
（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、
（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％
を全て満たす定着部材が得られ、その定着部材の「繰り返しの加熱定着サイクルでのトナー成分物質、紙紛成分等の付着物に起因するホットオフセットや、分離爪による摩耗を誘発する確率」が従来のものよりも低いことを見いだして本発明を完成するに至った。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、基体上にフッ素樹脂で構成される離型層を有する加熱定着部材において、
表面粗さ計で測定して得た粗さ曲線の平均線に平行で最低の谷底Ｐｂ からＲｙ （最大粗さ）の高さにある最高の山頂Ｐｍ を通る山頂線に平行な線で切断して得られる切断長さの和の基準長さに対する比を百分率で示した値を「負荷長さ率」とすると共に、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高部分である山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ とし、かつ、測定長さ：Ｌ＝２．５ｍｍ及びカットオフ値：λｃ＝０．２５としたときに、
前記離型層の表面粗さが、
（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、
（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、
（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％
を全て満たすことを特徴とする加熱定着部材である。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記基体が、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるロールであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記基体が、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、加熱定着部材の表面を加熱する第１の加熱手段と、加熱定着部材の表面に当接しつつ従動回転可能な圧接ローラと、前記圧接ローラを加熱定着部材に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させる摺動部材とを用いることによって、基体上にフッ素樹脂で構成される離型層を有する加熱定着部材の製造方法において、前記加熱定着部材の離型層を構成するフッ素樹脂を前記第１の加熱手段で加熱して軟化又は溶融させ、次に、前記圧接ローラを前記第１の加熱定着部材の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラを前記摺動部材により加熱定着部材の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させて、加熱定着部材の離型層を平坦化させることを特徴とする加熱定着部材の製造方法である。
【００１６】
請求項６に記載された発明は、請求項５に記載された発明において、前記圧接ローラに第２の加熱手段を具備させ、これで前記加熱定着部材の表面を構成するフッ素樹脂の融点以上に加熱することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に記載された発明は、請求項５又は６に記載された発明において、前記圧接ローラの当接部位近傍において、前記加熱定着部材の表面温度をＴＲ ℃とし、そして、前記圧接ローラの表面温度をＴＫ ℃としたときに、ＴＫ−ＴＲが２５℃以上であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８に記載された発明は、請求項５〜７のいずれかに記載された発明において、前記圧接ローラを前記加熱定着ローラの軸方向に対して傾斜させることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項９に記載された発明は、請求項５〜８のいずれかに記載された発明において、前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１０に記載された発明は、請求項５〜９のいずれかに記載された発明において、前記基体が、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるロールであることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１１に記載された発明は、請求項５〜１０のいずれかに記載された発明において、前記基体が、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトであることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１２に記載された発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材を有することを特徴とする加熱定着装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す加熱定着部材（ローラ）の横断面図である。図２は、本発明の他の一実施の形態を示す加熱定着部材（無端ベルト）の横断面図である。図３は、本発明によるところの「負荷長さ率」を説明するための説明図である。図４は、本発明の一実施形態を示す加熱定着部材（ローラ）の製造方法を説明するための説明図であって、（ａ）は、正面図であり、そして、（ｂ）側面図である。図５は、本発明の他の一実施形態を示す加熱定着部材（ローラ）の製造方法を説明するための説明図であって、（ａ）は、正面図であり、そして、（ｂ）は、側面図である。
【００２４】
図１において、１０は、加熱定着部材（ローラ）である。加熱定着部材１０は、基体１の上にフッ素樹脂で構成される離型層２を有している。
そして、図３に示されているように、表面粗さ計で測定して得た粗さ曲線の平均線に平行で最低の谷底Ｐｂ からＲｙ （最大粗さ）の高さにある最高の山頂Ｐｍ を通る山頂線に平行な線で切断して得られる切断長さの和の基準長さに対する比を百分率で示した値を「負荷長さ率」とすると共に、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ とし、かつ、測定長さ：Ｌ＝２．５ｍｍ及びカットオフ値：λｃ＝０．２５としたときに、
前記離型層２の表面粗さが、
（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、
（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、
（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％
を全て満たしている。
【００２５】
このように、前記離型層２の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たしていると、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減することにより、加熱定着部材の寿命をのばすことができる。
【００２６】
本発明におけるフッ素樹脂は、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体でる。
【００２７】
図１に示されているように、本発明における基体１は、例えば、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるローラである。
【００２８】
以上、本発明の加熱定着部材がローラである場合について説明したが、本発明の加熱定着部材が無端ベルトである場合についても同様に説明することができる。その場合には、図２に示されているように、本発明における基体２１は、例えば、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトである。
【００２９】
図１，４、５に示されているように、本発明の加熱定着部材（ローラ）１０は、加熱定着部材１０の表面を加熱する第１の加熱手段（誘導発熱コイル）１３と、加熱定着部材１０の表面に当接しつつ従動回転可能な圧接ローラ１１と、前記圧接ローラ１１を加熱定着部材１０に所定の圧力で圧接しつつ矢印で示される加熱定着部材の軸方向に摺動させる摺動部材（図示せず）とを用いることによって製造されるが、具体的には、前記加熱定着部材１０の基体１の上に形成された離型層２を構成するフッ素樹脂を前記第１の加熱手段１３で加熱して軟化又は溶融させ、次に、前記圧接ローラ１１を前記第１の加熱定着部材１０の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラ１１を前記摺動部材により加熱定着部材１０の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させて、加熱定着部材１０の離型層２を平坦化させることによって製造される。前記第１の加熱手段（誘導発熱コイル）１３は、非接触型の放射型温度計１３ａで測定した基体（芯金）の加熱温度によって、フィードバック制御されている。図４において、１０ａは、表面の粗い領域であり、１０ｂは、表面の軟化された領域であり、そして、１０ｃは、表面の平坦化された領域である。
【００３０】
従来、加熱定着ローラの表面をテープ研磨材、例えば、３０μｍ前後の平均粒径の研磨粒子を保持させたテープ研磨材で加工すると、その十点平均粗さＲｚは１μｍ以内となり、また、ローラ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を押し付けて冷間バニッシュ加工すると、その十点平均粗さＲｚは１μｍ以内となる。前記冷間バニッシュ加工では、圧接ローラを加熱定着ローラに強く押し付けて加工するが、その際の押し付け力は、加熱定着ローラの法線方向に推力で１０ｋｇｆ（１００Ｎ）程度の加圧力が必要であった。そのために、加熱定着部材の基体（芯金）としては、厚肉の金属で構成されるもの（ｔ＝１ｍｍ以上）が必要となる。それ故、近年の省エネ化に対する動向として、上記金属で構成される基体（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、薄肉化された基体（芯金）を有する加熱定着部材の表面を平坦化するために冷間バニッシュ加工すると、基材（芯金）がその加圧力によって変形してしまう。
【００３１】
本発明によれば、図４，５に示すように、加熱定着部材１０の離型層を構成するフッ素樹脂を前記第１の加熱手段１３で加熱して軟化又は溶融させ、次に、圧接ローラ１１を前記第１の加熱定着部材１３の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラ１１を摺動部材（図示せず）により加熱定着部材１０の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材１０の軸方向に摺動させて、加熱定着部材１０の離型層（図１，２における２，２２参照）を平坦化させるので、離型層の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たしたものとなり、そのために、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率が従来のものよりも低くなり、よって、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減することにより、加熱定着部材１０の寿命をのばすことができる。しかも、本発明によれば、加熱定着部材１０の薄肉化した基体（図１，２における１，２１参照）を変形させることなく、低負荷による表面の平滑加工が可能となる。
【００３２】
図４，５に示されるように、本発明における圧接ローラ１１は、好ましくは、Ｓ４５Ｃ材で構成され、その直径は３６ｍｍであって、その幅は１０ｍｍであり、そして、その先端部は所望の曲率とされている。また、圧接ローラ１１は、回転軸を介して固定されている。また、圧接ローラ１１は、摺動機構を有するアクチュエータ（図示せず）で当接させるが、加圧力の制御は、エアーシリンダ１２ｂによって行われる。そのために、熱定着ローラ１０を矢印のように回転させて圧接ローラ１１を当接させると、圧接ローラ１１は、その回転軸によって従動しつつ、熱定着ローラ１０に圧接することが可能となる。なお、図４，５において、１２は、平滑手段であって、１２ａは、圧力を検知する圧力センサである。また、図５に示すように、圧接ローラ１１の回転軸に第２の加熱手段（セラミックヒータ）１２ｄを挿入して、温度センサ１２ｃによって所定の温度に制御してもよい。このように、圧接ローラ１１の回転軸に第２の加熱手段１２ｄを挿入して、温度センサー１２ｃによって所定の温度に制御すると、フッ素樹脂のより均一な溶融が可能となる。また、前記第１，２の加熱手段１３，１２ｄは、前記摺動部材（アクチュエータ）によって加熱定着部材１０の軸方向に定速で走査させるので、加熱定着部材１０の全面に渡って、均一な表面加工が可能となる。
【００３３】
本発明においては、圧接ローラ１１の当接部位近傍において、加熱定着部材１０の表面温度をＴＲ ℃とし、そして、前記圧接ローラ１１の表面温度をＴＫ ℃としたときに、ＴＫ−ＴＲが２５℃以上である。このように、ＴＫ−ＴＲが２５℃以上であると、加熱定着部材１０の薄肉化した基体を変形させることなく、低負荷による表面の平滑加工が可能となる。
【００３４】
本発明においては、圧接ローラ１１は、加熱定着ローラ１０の軸方向に対して傾斜して配置される。このように、圧接ローラ１１を加熱定着ローラ１０の軸方向に対して傾斜させると、圧接ローラ１１を軸方向に移動させながら加熱定着ローラ１０の表面に均一に圧接させることができ、そのために、より平坦な表面の平滑加工が可能となる。
【００３５】
本発明によって製造される加熱定着部材１０おける離型層２を構成するフッ素樹脂は、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体でる。
【００３６】
本発明によって製造される加熱定着部材１０おける基体を構成する金属は、例えば、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるローラである。
【００３７】
以上、本発明の加熱定着部材の製造方法を加熱定着部材がローラである場合について説明したが、図２に示されるように、本発明の加熱定着部材３０が無端ベルトである場合についても同様に説明することができる。即ち、加熱定着部材（無端ベルト）３０の基体２１の内径部分に形状保持体（図示せず）を挿入して加熱定着部材３０を円筒状に保持し、その状態で加熱定着部材３０の表面（離型層の表面）２２が、前記加熱定着部材がローラである場合と同様に、圧接ローラ１１で平坦化される。この場合には、本発明における基体２１は、例えば、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトである。
【００３８】
本発明の加熱定着装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材を有している。本発明の加熱定着装置は、このように請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材を有しているので、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減し、その結果、長寿命の加熱定着装置を提供することができる。また、本発明の加熱定着装置によれば、画像形成紙の巻き込みが防止され、また、クリーニング性を良くして良好な画像形成ができる。
【００３９】
【実施例】
（実施例１）
直径４０ｍｍ×長さ３８０ｍｍの両端部が直径３０ｍｍ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において、芯金の肉厚を１ｍｍの薄肉とし、そして、ＰＦＡで構成される離型層の肉厚を２４μｍとして、加熱定着ローラとした。この加熱定着ローラを両センターチャックで固定した後、回転数２５０ｒｐｍで回転させた。そして、これにＳ４５Ｃ材の直径３６ｍｍ、幅１０ｍｍの加圧手段（加圧ローラ）、及び、銅製パイプに電圧を印可して誘導電界を発生させて芯金温度を３２０℃程度に加熱させる芯金加熱手段、をローラ軸方向に１ｍｍ／秒で走査して加熱定着ローラの離型層の表面を平坦化した。その際、前記加圧手段の加圧力は、エアーシリンダで１．５ｋｇｆ（１５Ｎ）程度になるように設定した。また、圧接ローラは、３５０℃以上になるように制御した。
このようにして得られた加熱定着ローラ（以下、「本発明品」という。）の離型層のカットレベル［％］ごとの負荷長さ率Ｔｐ ［％］を測定した。その際に、測定長さＬを２．５ｍｍとし、そして、カットオフ値λｃ を０．２５として測定した。
また、これと比較するために、二次焼成されたＰＦＡで構成される離型層を有するもの（従来品１）、ＰＦＡで構成される導電性チューブで形成した離型層を有するもの（従来品２）、及び、ＰＦＡで構成される冷間バニッシュされた離型層を有するもの（従来品３）についても、同様に、離型層のカットレベル［％］ごとの負荷長さ率Ｔｐ ［％］を測定した。
【００４０】
本発明品及び従来品１〜３についての測定結果は、次の表１に示すとおりである。
【００４１】
【表１】
図６は、前記表１に基づいて、本発明品及び従来品１〜３における離型層のカットレベル［％］と負荷長さ率Ｔｐ ［％］との関係を示したグラフである。そして、図６においては、本発明品に係わるグラフと従来品１〜３に係わるグラフとの境界（境界域）に点線で示される境界線を引くことができる。この境界線によれば、本発明品及び従来品１〜３は、負荷長さ率Ｔｐ （％）によって明確に区別することができる。即ち、本発明品は、離型層の粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高部分である山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ としたときに、カットレベルが３０％、５０％及び７０％において、「負荷長さ率」がそれぞれ３．００％、１５．００％及び８０．００％となっており、前記離型層の表面粗さが、
（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、
（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、
（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％
を全て満たすものとなるが、従来品１〜３は、それらの数値条件を全て満たすものとはならない。
【００４３】
図６より、本発明品は、従来品１〜３よりも、負荷長さＴｐ のカーブの傾きが大きい傾向にあること及びカットレベル（最高の山頂から平行線で切断する高さ）が大きい（＝低い山）方にシフトしていることがわかる。
【００４４】
次に、本発明製品、従来製品１及び従来製品２の耐久性について比較試験を行った。比較試験は、本発明製品、従来製品１及び従来製品２をそれぞれデジタル複写機にセッティングし、５枚通紙、３分間欠とし、画像パターンを黒ベタラインとして、３０ｋ枚の通紙（線速は４５ＣＰＭ）によって行った。通紙に用いる転写紙は、炭酸カルシウムの多い専用紙を用い、また、爪荷重は１５ｇｆ／ｍｍでトナー固着等の発生しやすい条件とした。
そして、判定基準は、以下のとおりとした。
×・・・不良（画像不良が多数回発生した。）
△・・・良（画像不良が何回か発生した。）
○・・・優（画像不良がほとんど発生しなかった。）
評価結果は、次の表２に示される。
【００４５】
【表２】
【発明の効果】
（１）請求項１〜４に記載された発明によれば、離型層の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たしているので、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減することにより、加熱定着部材の寿命をのばすことができる。
【００４７】
（２）請求項５，９〜１１に記載された発明によれば、加熱定着部材の離型層を構成するフッ素樹脂を前記第１の加熱手段で加熱して軟化又は溶融させ、次に、圧接ローラを前記第１の加熱定着部材の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラを前記摺動部材により加熱定着部材の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させて、加熱定着部材の離型層を平坦化させるので、離型層の表面粗さが、（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％を全て満たしたものとなり、そのために、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率が従来のものよりも低くなり、よって、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減することにより、加熱定着部材１０の寿命をのばすことができる。しかも、請求項５，９〜１１に記載された発明によれば、加熱定着部材の薄肉化した基体を変形させることなく、低負荷による表面の平滑加工が可能となる。
【００４８】
（３）請求項６に記載された発明によれば、圧接ローラに第２の加熱手段を具備させ、これで前記加熱定着部材の表面を構成するフッ素樹脂の融点以上に加熱するので、フッ素樹脂のより均一な溶融が可能となる。
【００４９】
（４）請求項７に記載された発明によれば、加熱定着部材の表面温度をＴＲ ℃とし、そして、前記圧接ローラ１１の表面温度をＴＫ ℃としたときに、ＴＫ−ＴＲが２５℃以上としたので、加熱定着部材の薄肉化した基体を変形させることなく、低負荷による表面の平滑加工が可能となる。
【００５０】
（５）請求項１２に記載された発明によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材を有しているので、加熱定着サイクルにおけるトナー成分物質、紙紛成分等の付着及び分離爪による摩耗を誘発する確率を従来のものよりも低くして、ホットオフセット、黒スジ等による画像上の不具合の発生を低減し、その結果、長寿命の加熱定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す加熱定着部材（ローラ）の横断面図である。
【図２】本発明の他の一実施の形態を示す加熱定着部材（無端ベルト）の横断面図である。
【図３】本発明によるところの「負荷長さ率」を説明するための説明図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す加熱定着部材（ローラ）の製造方法を説明するための説明図であって、（ａ）は、正面図であり、そして、（ｂ）側面図である。
【図５】本発明の他の一実施形態を示す加熱定着部材（ローラ）の製造方法を説明するための説明図であって、（ａ）は、正面図であり、そして、（ｂ）は、側面図である。
【図６】本発明品及び従来品１〜３における離型層のカットレベル［％］と負荷長さ率Ｔｐ ［％］との関係を示したグラフである。
【図７】従来の加熱定着装置の部分断面図であって、（ａ）は、部分縦断面図であり、そして、（ｂ）は、部分横断面説明図である。
【符号の説明】
１ 基体
２ 離型層
１０ 加熱定着部材（ローラ）
１０ａ 表面の粗い領域
１０ｂ 表面の軟化された領域
１０ｃ 表面の平坦化された領域
１１ 圧接ローラ
１２ 平滑手段
１２ａ 圧力センサ
１２ｂ エアーシリンダ
１２ｃ 温度センサー
１２ｄ 第２の加熱手段（セラミックヒータ）
１３ 第１の加熱部材（誘電加熱コイル）
１３ａ 放射型温度計
２１ 基体
２２ 離型層
３０ 加熱定着部材（無端ベルト）
Claims (12)
- 基体上にフッ素樹脂で構成される離型層を有する加熱定着部材において、
表面粗さ計で測定して得た粗さ曲線の平均線に平行で最低の谷底Ｐｂ からＲｙ （最大粗さ）の高さにある最高の山頂Ｐｍ を通る山頂線に平行な線で切断して得られる切断長さの和の基準長さに対する比を百分率で示した値を「負荷長さ率」とすると共に、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から３０％低い位置Ｐ３０％ における「負荷長さ率」をＴｐ３０％ とし、前記粗さ曲線の最高の山頂Ｐｍ から５０％低い位置Ｐ５０％ における「負荷長さ率」をＴｐ５０％ とし、そして、前記粗さ曲線の最高部分である山頂Ｐｍ から７０％低い位置Ｐ７０％ における「負荷長さ率」をＴｐ７０％ とし、かつ、測定長さ：Ｌ＝２．５ｍｍ及びカットオフ値：λｃ＝０．２５としたときに、
前記離型層の表面粗さが、
（イ）Ｔｐ３０％ ≦３．０％、
（ロ）Ｔｐ５０％ ≦１５．０％、及び、
（ハ）Ｔｐ７０％ ≦８０．０％
を全て満たすことを特徴とする加熱定着部材。 - 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着部材。
- 前記基体が、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるロールであることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着部材。
- 前記基体が、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトであることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着部材。
- 加熱定着部材の表面を加熱する第１の加熱手段と、加熱定着部材の表面に当接しつつ従動回転可能な圧接ローラと、前記圧接ローラを加熱定着部材に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させる摺動部材とを用いることによって、基体上にフッ素樹脂で構成される離型層を有する加熱定着部材の製造方法において、前記加熱定着部材の離型層を構成するフッ素樹脂を前記第１の加熱手段で加熱して軟化又は溶融させ、次に、前記圧接ローラを前記第１の加熱定着部材の表面に当接させつつ従動回転させると共に、前記圧接ローラを前記摺動部材により加熱定着部材の表面に所定の圧力で圧接しつつ加熱定着部材の軸方向に摺動させて、加熱定着部材の離型層を平坦化させることを特徴とする加熱定着部材の製造方法。
- 前記圧接ローラに第２の加熱手段を具備させ、これで前記加熱定着部材の表面を構成するフッ素樹脂の融点以上に加熱することを特徴とする請求項５に記載の加熱定着部材の製造方法。
- 前記圧接ローラの当接部位近傍において、前記加熱定着部材の表面温度をＴＲ ℃とし、そして、前記圧接ローラの表面温度をＴＫ ℃としたときに、ＴＫ−ＴＲが２５℃以上であることを特徴とする請求項５又は６に記載の加熱定着部材の製造方法。
- 前記圧接ローラを前記加熱定着ローラの軸方向に対して傾斜させることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の加熱定着部材の製造方法。
- 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化エチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、又は、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体であることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の加熱定着部材の製造方法。
- 前記基体が、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるロールであることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の加熱定着部材の製造方法。
- 前記基体が、（イ）ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、（ロ）ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、（ハ）前記（イ）及び（ロ）の積層シート又は無端ベルトであることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の加熱定着部材の製造方法。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の加熱定着部材を有することを特徴とする加熱定着装置。
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-
2002
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