JP2008040059A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材に弾性変形可能な表面層を形成した定着装置において、前記表面層に接触する接触部材が前記表面層に食い込むのを防止する。
【解決手段】加熱部材に弾性変形可能な表面層を形成した定着装置において、前記表面層の非通紙領域における表面粗さを通紙領域における表面粗さよりも粗くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成において用いられる定着装置及びかかる定着装置を有する画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、感光体上に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナーで現像し、トナー像を記録材に転写し、転写されたトナー像を加熱し定着することにより記録材上に画像を形成することが行われる。

定着は、トナー像を担持する記録材を加熱部材と加圧部材間のニップに通し、ニップにおいてトナー像を加熱し溶融させることにより行われるが、トナー像に接触する加熱部材の表面層には、離型性及び耐熱性を有する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（ＰＦＡ）が多く用いられる。

カラー画像のようにトナー量の多いトナー像を形成する画像形成装置においては、トナー像によってできる凹凸に対応して、加熱部材の表面が変形し、トナー像を均一に加熱するために、加熱部材の表面層として柔軟な表面層が望まれる。

特許文献１では、このような条件を満たす表面層として、１００℃における動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）による弾性率（Ｇ′）測定値が６０ＭＰａ以下であるＰＦＡが提案されている。

特許文献１に記載の表面層を有する加熱部材を用いた定着により、画像全面に亘って均一な定着が行われ、高画質のカラー画像を形成することが可能になった。
特開２００５−１６３８３７号公報

定着装置には、加熱部材の表面温度制御や過熱防止を目的として、加熱部材の表面温度の連続的な変化を検知する温度センサや、温度が所定値を超えたことを検知するサーモスタット、温度ヒューズ等の温度センサが用いられる。

温度センサとしては、接触型と非接触型とがあるが、コストを低減するために接触型の温度センサが多く用いられ、加熱部材が記録材に接触する通紙領域において、非接触型の温度センサが用いられるほかは接触型温度センサが用いられる。

前述のように柔軟で変形しやすい表面層を加熱部材の表面に設けることにより良好な定着が行われるが、柔軟な表面層に温度センサを接触させ加熱部材を作動させた場合、加熱部材の表面に温度センサが密着して表面層が変形し、温度センサが表面層に食い込んで、異常音の発生、温度センサの断線、加熱部材の駆動トルクの増加等の不具合が生ずることが判明した。

本発明は、柔軟な表面層を加熱部材に設けた場合に発生する前記の問題を解決することを目的とし、高画質の画像を長期間に亘って形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的は下記の発明により達成される。
１．
弾性変形可能な表面層を有する加熱部材及び該加熱部材に圧接する加圧部材を有する定着装置において、
非通紙領域における前記表面層の表面粗さを、通紙領域における前記表面層の表面粗さよりも粗くしたことを特徴とする定着装置。
２．
前記表面層の表面粗さＲａを前記通紙領域において、０．１μｍ未満とし、前記表面層の表面粗さＲａを前記非通紙領域において、０．１μ以上としたことを特徴とする前記１に記載の定着装置。
３．
前記加熱部材は、基体及び弾性層を有することを特徴とする前記１又は前記２に記載の定着装置。
４．
前記加圧部材は、基体及び弾性層を有することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
５．
前記非通紙領域において、前記表面層の表面に接触する温度センサを有することを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
６．
前記温度センサは、前記加熱部材の温度制御用であることを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
７．
前記温度センサは、前記加熱部材の過熱防止用の温度センサであることを特徴とする前記１〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
８．
前記表面層は、動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）による弾性率（Ｇ′）測定値が６０ＭＰａ以下であるＰＦＡからなることを特徴とする前記１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。
９．
弾性変形可能な表面層を有する加熱部材及び該加熱部材に圧接する加圧部材を有する定着装置において、
前記表面層は非画像領域において粗し処理された表面を有することを特徴とする定着装置。
１０．
記録材上にトナー像を形成する画像形成部及び前記１〜９のいずれか１項に記載され、トナー像を加熱し定着する定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

本発明により、接触型温度センサが接触する非通紙領域における加熱部材の表面粗さＲａを０．１μｍ以上とすることにより、温度センサと加熱部材間の摩擦抵抗が低く抑えられ、両者の接触が原因で発生する異常音や温度センサの断線が防止されるとともに、加熱部材の駆動トルクの増加が適正に抑制され、高画質の画像を長期間に亘って形成することができる画像形成装置が実現される。

以下、図示の実施の形態により本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１に示す画像形成装置１００は、カラー画像形成装置の例であり、任意の画像情報に基づいてカラー画像を形成する装置である。画像形成装置１００は、画像形成部１０１と、給紙搬送手段と、定着装置１７と、給紙手段２０と、画像読取装置１０２とから構成される。画像形成部１０１の上方には、自動原稿給紙装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置１０２が設置されている。自動原稿給紙装置２０１の原稿台上に載置された原稿３０は搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、原稿画像を反映する入射光がラインイメージセンサＣＣＤにより読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されたアナログ画像信号は、図示しない画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正及び画像圧縮処理等がなされ、デジタルの画像データり、画像データｎは、Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫ色用の画像データに変換された後に、画像書き込みユニット（露光手段）３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋへ送られる。

上述の自動原稿給紙装置２０１は自動両面原稿搬送手段を備えている。この自動原稿給紙装置２０１は原稿載置台上から給送される多数枚の原稿３０の内容を連続して一挙に読み取り、原稿内容を記憶手段に蓄積するようになされる（電子ＲＤＨ機能）。この電子ＲＤＨ機能は、複写機能により多数枚の原稿内容を複写する場合、或いはファクシミリ機能により多数枚の原稿３０を送信する場合等に便利に使用される。

画像形成部１０１は、各色毎に像形成体を有する複数組の画像形成ユニット（画像形成系）１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、無終端状の中間転写ベルト６とを有し、給紙搬送手段は給紙鮎さん２０からの記録材Ｐを画像形成部１０１へと搬送する複数の搬送ローラと、再給紙機構（ＡＤＵ機構）を有する。

給紙手段２０は画像形成部１０１の下方に設けられる。給紙手段２０は、例えば、３つの給紙カセット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから構成される。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙは、Ｙ色のトナー像を形成する像形成体としての感光体ドラム１Ｙと、感光体ドラム１Ｙの周囲に配置されたＹ色用の帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及び像形成体用のクリーニング手段８Ｙを有する。

マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｍは、Ｍ色のトナー像を形成する像形成体としての感光体ドラム１Ｍと、Ｍ色用の帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及び像形成体用のクリーニング手段８Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｃは、Ｃ色のトナー像を形成する像形成体としての感光体ドラム１Ｃと、Ｃ色用の帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及び像形成体用のクリーニング手段８Ｃを有する。黒（ＢＫ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｋは、ＢＫ色のトナー像を形成する像形成体としての感光体ドラム１Ｋと、ＢＫ色用の帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及び像形成体用のクリーニング手段８Ｋを有する。

帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光手段３Ｃ及び帯電手段２Ｋと露光手段３Ｋとは、潜像形成手段を構成する。現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋによる現像は、使用するトナー極性と同極性（本実施例においては負極性）の直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される反転現像にて行われる。中間転写ベルト６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持され、各々の感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに形成されたＹ色、Ｍ色、Ｃ色、ＢＫ色の各トナー像を転写するようになされる。

ここで画像形成プロセスの概要について以下に説明をする。画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｋにより形成された各色の画像は、使用するトナーと反対極性（本実施例においては正極性）の１次転写バイアス（不図示）が印加される１次転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ及び７Ｋにより、回動する中間転写ベルト６上に逐次転写されて（１次転写）、合成されたカラー画像（色画像：カラートナー像）が形成される。カラー画像は中間転写ベルト６から記録材Ｐへ転写される。

給紙カセット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ内に収容された記録材Ｐは、給紙カセット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにそれぞれ設けられる送り出しローラ２１および給紙ローラ２２Ａにより給紙され、搬送ローラ２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、レジストローラ２３及び２８等を経て、２次転写ローラ７Ａに搬送され、記録材Ｐ上の一方の面（表面）にカラー画像が一括して転写される（２次転写）。

カラー画像が転写された記録材Ｐは、定着装置１７により定着処理され、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。転写後の感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの周面上に残った転写残トナーは、像形成体クリーニング手段８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋによりクリーニングされ次の画像形成サイクルに入る。

両面画像形成時には、一方の面（表面）に画像形成され、定着装置１７から排出された記録材Ｐは、分岐手段２６によりシート排紙路から分岐され、それぞれ給紙搬送手段を構成する、下方の循環通紙路２７Ａを経て、再給紙機構（ＡＤＵ機構）である反転搬送路２７Ｂにより表裏を反転され、再給紙搬送部２７Ｃを通過して、給紙ローラ２２Ｄにおいて合流する。反転搬送された記録材Ｐは、レジストローラ２３及び２８を経て、再度２次転写ローラ７Ａに搬送され、記録材Ｐの他方の面（裏面）上にカラー画像（カラートナー像）が一括転写される。

カラー画像が転写された記録材Ｐは、定着装置１７により定着処理され、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。一方、２次転写ローラ７Ａにより記録材Ｐにカラー画像を転写した後、記録材Ｐを曲率分離した中間転写ベルト６は、中間転写ベルト用のクリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

図２以下により本発明の実施の形態に係る定着装置を説明する。図２は図１における定着装置１７の断面図、図３は加熱ベルト１７１の断面図、図４は通紙領域及び非通紙領域を示す図である。

図２、３において、１７１は加熱部材としての加熱ベルトであり、基体１７１ａ、弾性層１７１ｂ及び表面層１７１ｃからなる。基体１７１ａは耐熱性材料であるポリイミドからなり、弾性層１７１ｂは耐熱性弾性材料であるシリコンゴムからなり、表面層１７１ｃは離型性及び耐熱性を有する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（以下ＰＦＡと言う）からなる。弾性層１７１ｂ及び表面層１７１ｃは弾性変形可能である。

表面層１７１ｃを構成する材料であるＰＦＡの好ましい例としては、特開２００５−１３６８３７号公報に記載されたＰＦＡが挙げられる。すなわち、動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）により測定された１００℃における弾性率（Ｇ′）の測定値が６０ＭＰａ以下であるＰＦＡが好ましい。なおこのように、１００℃以上の高温において軟らかく、６０ＭＰａ以下の弾性率を有するＰＦＡをソフトＰＦＡと言う。

表面層１７１ｃは厚さが０．０１ｍｍ〜０．１５ｍｍであることが好ましい。また、ソフトＰＦＡはパーフルオロアルキルビニルエーテルの含有量が６〜２５質量％であることが好ましい。

弾性層１７１ｂ及び表面層１７１ｃはそれぞれ塗布により形成される。

表面層１７１ｃの表面は、図４に示すように、通紙領域ＳＡと非通紙領域ＳＢとで異なる。

すなわち、通紙領域ＳＡは表面粗さＲａが０．１μｍ未満であり、非通紙領域ＳＢの表面粗さＲａが０．１μｍ以上であるように形成される。表面粗さＲａ０．１μｍ以下の通紙領域ＳＡの表面は通常の塗布により形成され、表面処理されない表面であり、表面粗さＲａが０．１μｍ以上の非通紙領域ＳＢの表面は、塗布後に粗し処理を施すことにより形成される。

通紙領域ＳＡは加熱ベルト１７１が記録材と接触する領域であり、使用される記録材の最大幅に相当する。非通紙領域ＳＢは記録材が加熱ベルト１７１に接触しない領域である。また、表面粗さＲａはＪＩＳ Ｂ ０６０１による測定値である。

１７２、１７３は加熱ベルト１７１を支持する金属製の支持ローラ、１７４はヒータである。支持ローラ１７２、１７３金属製であり、加熱ベルト１７１は支持ローラ１７２を介してヒータ１７４により加熱される。

１７５加圧ローラであり、基体１７５ａ及びシリコンゴム製の弾性層１７５ｂを有し、ばね（図示せず）により加熱ベルト１７１に圧接する。この圧接によりニップＮが形成される。１７６は一対の進入ガイド板、１７７は排紙ガイド板、１７８は排紙ローラである。

記録材Ｐは矢印のように定着装置１７に導入され、ニップＮを通過する際に、加熱されて溶融し、記録材Ｐに定着される。加熱ベルト１７１の表面温度は温度センサにより検知される。温度センサとしては、加熱ベルト１７１の表面に接触して温度を検知する接触型温度センサ及び定着ベルト１７１に対して微小間隙をおいて配置される非接触型の温度センサが用いられるが、通紙領域ＳＡにおける加熱ベルト１７１の表面温度を検知する温度センサには非接触型温度センサが用いられ、非通紙領域ＳＢにおける加熱ベルト１７１の温度を検知する温度センサには接触型温度センサが用いられる。図示のように、加熱ベルト１７１に接触する温度センサＳＥは定着ベルト１７１の非通紙領域ＳＢの温度を検知する接触型の温度センサであり、温度制御用の温度センサまたは過熱防止制御用の温度センサである。

温度センサを用いた温度制御により、定着温度が１５０〜２１０℃の範囲内の一定温度に維持されて定着が行われる。

次に、ソフトＰＦＡによるトナー像の定着作用について、図２、５、６を用いて説明する。トナー像の定着作用を説明する図、図５は従来のＰＦＡ、ソフトＰＦＡ及びシリコンゴムの弾性率の温度変化を示す図である。

記録材ＰはニップＮを通過する際に、定着ベルト１７１の弾性層１７１ｂ及び表面層１７１ｃはトナー像Ｔが形成する凹凸により図４に示すように変形する。図６（ａ）のように、弾性層１７１ｂ、表面層１７１ｃがともに、トナー像Ｔの輪郭にならって変形し、表面層１７１ｃがトナー像Ｔおよび記録材Ｐに密着する場合は、定着ベルト１７１からトナー像Ｔに均一に熱が伝導して良好な定着が行われる。しかしながら、弾性層１７１ｂまたは表面層１７１ｃが固く変形しにくい場合は、図６（ｂ）のように、表面層１７１ｃがトナー像Ｔに密着しない。このために、定着ベルト１７１からトナー像Ｔへの熱伝導が不均一になって、定着むらや光沢むら等の定着不良が起こる。

加熱ベルト１７１の表面層７１ｃは前記に説明したように、ソフトＰＦＡからなり、ソフトＰＦＡは１００℃以上の高温において低い弾性率を示しやわらかくなる。

図５において、曲線Ｌ１、Ｌ２は従来のＰＦＡの弾性率を示し、曲線Ｌ３、Ｌ４はソフトＰＦＡの弾性率を示し、曲線Ｌ５はシリコンゴムの弾性率を示す。

図５に示すように、シリコンゴムに比較して、ＰＦＡは高い弾性率を有し、変形しにくい。そして、従来のＰＦＡに比較して、ソフトＰＦＡは低い弾性率を有する。図６を用いて説明したように、トナー像に接触する表面層が変形しやすいほど良好な定着が行われるが、下層であるシリコンゴム層１７１ｂの性能を生かすには、表面層１７１ｃの弾性率と弾性層１７１ｂの弾性率との差が小さいほど良好な定着が行われる。

白矢印で示す定着温度範囲（１５０〜２１０℃）Ｈにおいて、ソフトＰＦＡは従来のＰＦＡに比較して、かなりシリコンゴムの弾性率に近く、実際の定着においてもソフトＰＦＡを用いることにより良好な定着が行われた。

しかしながら、柔軟で変形しやすい表面層１７１ｃに温度センサＳＥを接触させた場合、加熱ベルト１７１と温度センサＳＥ間の摩擦抵抗により、加熱部材表面がへこみ、温度センサＳＥが加熱部材表面に食い込んで、温度センサＳＥがスムーズに加熱ベルト１７１上をすべらないという現象が発生した。

これによって、定着装置の作動時に、異常音が発生したり、温度センサが断線したり、加熱部ベルト１７１の駆動トルクが異常に上昇する等の不具合が発生した。

このような不具合は、温度センサＳＥが加熱ベルト１７１に接触する領域、すなわち、加熱部材が記録材と接触しない非通紙領域ＳＢ（図４参照）の表面粗さを大きくし、摩擦抵抗を低くすることにより解消することができた。

通紙領域ＳＡ（図４参照）は、トナーの付着を防止するために所定の離型性を有することが必要であり、表面粗さは所定値以下に設定される。

実験により、非通紙領域ＳＢの表面粗さを通紙領域ＳＡの表面粗さよりも粗くすることにより、前記の不具合が発生せず良好な定着を行うことができることが確認された。

定着ベルト１７１が記録材に接触する通紙領域ＳＡにおける表面層の表面粗さＲａを０．１μｍ未満とし、定着ベルト１７１が記録材に接触しない非通紙領域ＳＢにおける表面層１７１ｃの表面粗さＲａを０．１μｍ以上とすることにより、前記の不具合が確実に防止され、良好な定着を行うことができることが確認された。

さらに、通紙領域ＳＡにおける表面層１７１ｃの表面粗さＲａを０．０８μｍ未満とし、非通紙領域ＳＢにおける表面層１７１ｃの表面粗さＲａを１．０２μｍ以上とすることにより、前記の不具合が更に確実に防止された。

本発明は前述の実施の形態に限られず、種々の変形が可能である。

たとえば、加熱部材として、加熱ベルトのほかに加熱ローラを用いることができ、加圧部材として、加圧ローラのほかに加圧ベルトを用いることができる。

図２に示す定着装置を用い、次の条件に定着装置を設定して画像形成を行った。
（１）実施例
・温度センサＳＥの押圧加重：３０ｇ
・定着ベルト１７１の表面層：三井デュポンフロロケミカル社製ソフトＰＦＡ
・表面層１７１ｃの非通紙領域における表面粗さＲａ：０．１５μｍ
・表面層１７１ｃの通紙領域における表面粗さＲａ：０．０６μｍ
・定着ベルトの表面温度：１８０℃
（２）比較例
・表面層１７１ｃの表面粗さＲａを通紙領域及び非通紙領域ともに、０．０６μｍとしたほかは実施例と同じ
実施例においては、連続画像形成において、異常音の発生、温度センサの断線等がなく良好な画像が形成されたが、比較例では、異常音が発生したために、画像形成を中止した。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。 図１における定着装置１７の断面図である。 加熱ベルト１７１の断面を示す図である。 通紙領域及び非通紙領域を示す図である。 従来のＰＦＡ、ソフトＰＦＡ及びシリコンゴムの弾性率の温度変化を示す図である。 トナー像の定着作用を示す図である。

符号の説明

１７ 定着装置
１００ 画像形成部
１７１ａ 基体
１７１ｂ 弾性層
１７１ｃ 表面層
ＳＥ 温度センサ

Claims (10)

1. 弾性変形可能な表面層を有する加熱部材及び該加熱部材に圧接する加圧部材を有する定着装置において、
   非通紙領域における前記表面層の表面粗さを、通紙領域における前記表面層の表面粗さよりも粗くしたことを特徴とする定着装置。
2. 前記表面層の表面粗さＲａを前記通紙領域において、０．１μｍ未満とし、前記表面層の表面粗さＲａを前記非通紙領域において、０．１μ以上としたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱部材は、基体及び弾性層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加圧部材は、基体及び弾性層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記非通紙領域において、前記表面層の表面に接触する温度センサを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記温度センサは、前記加熱部材の温度制御用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記温度センサは、前記加熱部材の過熱防止用の温度センサであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記表面層は、動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）による弾性率（Ｇ′）測定値が６０ＭＰａ以下であるＰＦＡからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 弾性変形可能な表面層を有する加熱部材及び該加熱部材に圧接する加圧部材を有する定着装置において、
   前記表面層は非画像領域において粗し処理された表面を有することを特徴とする定着装置。
10. 記録材上にトナー像を形成する画像形成部及び請求項１〜９のいずれか１項に記載され、トナー像を加熱し定着する定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images