JP2008122434A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に、かつ長期間において、定着ローラの駆動トルクを低減し、加圧ベルトの走行を安定させることができる定着装置を提供する。
【解決手段】互いに接触して共に回転する定着ローラ１および加圧ベルト２と、上記加圧ベルト２の内部に配置されて上記加圧ベルト２の内面を上記定着ローラ１に向けて押圧する押圧部３と、上記加圧ベルト２の内面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部４とを有する。上記押圧部３は、上記加圧ベルト２の内面と接触する接触面に、フッ素系樹脂を有する。上記潤滑剤は、界面活性剤を含むシリコンオイルである。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、複写機、レーザプリンタやファクシミリ等に用いられる定着装置、および、この定着装置を用いた画像形成装置に関する。

従来、定着装置としては、互いに接触して共に回転する定着ローラおよび加圧ベルトと、上記加圧ベルトの内部に配置されて、上記加圧ベルトの内面を上記定着ローラに向けて押圧する押圧パッドとを有したものがある（特開平１０−２１３９８４号公報：特許文献１参照）。

上記押圧パッドは、上記加圧ベルトの内面と接触する接触面に、低摩擦フィルムを有し、上記押圧パッドの低摩擦フィルムと上記加圧ベルトの内面との間に、潤滑剤としての変性シリコンオイルを介在させ、定着ローラの駆動トルクを低減し、加圧ベルトの走行を安定させている。

しかし、変性シリコンオイルでは、低摩擦フィルムとの親和性が不十分であるため、この対策として、低摩擦フィルム自体に親油化処理を施したり、多孔質状の低摩擦フィルムに親油剤を含浸させて親油剤と併用する技術が、提案されている（特開２００１−２４９５５８号公報：特許文献２参照）。
特開平１０−２１３９８４号公報 特開２００１−２４９５５８号公報

しかしながら、低摩擦フィルム自体に親油化処理を施したり、多孔質状の低摩擦フィルムに親油剤を含浸させると、低摩擦フィルムを作成するためのエ程が追加され、コストの増加につながってしまう。

また、潤滑剤に対する親油剤の混合量も安定しないため、条件によっては、親油剤の濃度が薄く、良好な効果が得られない場合が生じてしまう。

また、親油剤が常に定着ローラとの間で形成されるニップ部に存在することになるため、親油剤の耐熱劣化が大きくなって、親油効果が持続しないという問題があった。

そこで、この発明の課題は、安価に、かつ長期間において、定着ローラの駆動トルクを低減し、加圧ベルトの走行を安定させることができる定着装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の定着装置は、
互いに接触して共に回転する一対の回転体と、
上記一対の回転体のうちの一方の回転体の内部に配置されて、上記一方の回転体の内面を上記一対の回転体のうちの他方の回転体に向けて押圧する押圧部と、
上記一方の回転体の内面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部と
を備え、
上記押圧部は、上記一方の回転体の内面と接触する接触面に、フッ素系樹脂を有し、
上記潤滑剤は、界面活性剤を含むシリコンオイルであることを特徴としている。

この発明の定着装置によれば、上記一方の回転体の内面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部を有し、上記潤滑剤は、界面活性剤を含むシリコンオイルであるので、上記シリコンオイルには上記界面活性剤を含んでおり、上記押圧部の接触面と上記潤滑剤との化学的親和性を改善することができる。また、上記潤滑剤側に上記界面活性剤が含まれるため、上記押圧部の接触面上の上記潤滑剤がリフレッシュされることで、上記押圧部の接触面上の上記界面活性剤もリフレッシュされ、耐熱劣化を抑制でき、長時間の親油効果を得ることができる。

したがって、安価に、かつ長期間において、上記他方の回転体の駆動トルクを低減し、上記一方の回転体の走行を安定させることができる。

また、一実施形態の定着装置では、上記界面活性剤の上記シリコンオイルに対する混合率は、２重量％以上、３重量％以下である。

この実施形態の定着装置によれば、上記界面活性剤の上記シリコンオイルに対する混合率は、２重量％以上、３重量％以下であるので、上記押圧部の接触面と上記界面活性剤との親和性がよく、かつ、上記潤滑剤の粘度を低減することができる。

また、一実施形態の定着装置では、上記界面活性剤は、フッ素系の界面活性剤である。

この実施形態の定着装置によれば、上記界面活性剤は、フッ素系の界面活性剤であるので、上記押圧部の接触面と上記潤滑剤との化学的親和性が一層向上する。

また、一実施形態の定着装置では、上記押圧部は、上記一方の回転体とともに回転しないで、固定され、上記一方の回転体は、上記押圧部を、摺動する。

この実施形態の定着装置によれば、上記押圧部は、上記一方の回転体とともに回転しないで、固定され、上記一方の回転体は、上記押圧部を、摺動しており、上記潤滑剤によって、上記一方の回転体を効率よく回転できる。

また、この発明の画像形成装置は、上記定着装置を備えたことを特徴としている。

この発明の画像形成装置によれば、上記定着装置を備えているので、安価で、長期間安定して品質のよい画像を得ることができる画像形成装置を実現できる。

この発明の定着装置によれば、上記一方の回転体の内面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部を有し、上記潤滑剤は、界面活性剤を含むシリコンオイルであるので、安価に、かつ長期間において、上記他方の回転体の駆動トルクを低減し、上記一方の回転体の走行を安定させることができる。

また、この発明の画像形成装置によれば、上記定着装置を備えているので、安価で、長期間安定して品質のよい画像を得ることができる画像形成装置を実現できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の定着装置の一実施形態である簡略構成図を示している。この定着装置は、互いに外周面が接触して共に回転する（一対の回転体としての）定着ローラ１および加圧ベルト２と、（一方の回転体としての）上記加圧ベルト２の内部に配置されて、上記加圧ベルト２の内面を（他方の回転体としての）上記定着ローラ１に向けて押圧する押圧部３と、上記加圧ベルト２の内面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部４とを有する。

上記定着ローラ１は、図示しないモータ等の駆動部によって、回転され、上記加圧ベルト２は、上記定着ローラ１との摩擦によって、上記定着ローラ１の回転に従動して回転する。上記定着ローラ１は、その内部に配置された加熱ヒータ１１によって、加熱され、上記加圧ベルト２は、上記定着ローラ１から熱を、伝達される。

そして、上記定着ローラ１および上記加圧ベルト２は、互いに接触して記録材Ｐを搬送しつつこの記録材Ｐのトナーｔを定着させる。具体的に述べると、上記定着ローラ１と上記加圧ベルト２との接触によりニップ部を形成し、このニップ部によって、上記記録材Ｐの上記トナーｔを溶融して定着しつつ上記記録材Ｐを搬送する。上記押圧部３の弾性変形による押圧によって、上記記録材Ｐに上記トナーｔを良好に定着する。

上記記録材Ｐは、例えば、用紙やＯＨＰシートなどのシートである。この記録材Ｐの一面には、トナーｔが付着され、このトナーｔは、例えば、樹脂、磁性体または着色料などの加熱溶融性を有する材料からなる。

上記定着ローラ１は、上記記録材Ｐの一面（画像面）に接触する。上記定着ローラ１は、中空ローラであり、内側から外側に順に、芯層、弾性層および表層を有する。上記定着ローラ１の外径は、例えば、２６ｍｍである。上記芯層は、例えば、厚さ２ｍｍのアルミからなる。上記弾性層は、例えば、厚さ２００μｍのシリコンゴムからなる。上記表層は、例えば、厚さ２０μｍのＰＦＡチューブからなる。

上記加圧ベルト２は、エンドレスベルトであり、上記加圧ベルト２の外径は、例えば、３０ｍｍであり、厚さ７０μｍのポリイミドからなる。

上記加圧ベルト２の内部には、支持部６が設けられ、この支持部６に、圧縮バネ５を介して、上記押圧部３が固定されている。つまり、上記押圧部３は、上記加圧ベルト２と共に、回転しないで、固定され、上記加圧ベルト２は、上記押圧部３を摺動する。

上記押圧部３は、基台３１と、この基台３１に取り付けられた弾性体３２と、この弾性体３２の表面に取り付けられた低摩擦シート３３とを有する。

上記弾性体３２は、例えば、シリコンゴムからなる。上記低摩擦シート３３は、フッ素系樹脂からなる。上記低摩擦シート３３は、上記加圧ベルト２の内面に、接触する。つまり、上記押圧部３は、上記加圧ベルト２の内面と接触する接触面に、フッ素系樹脂を有する。

上記潤滑剤供給部４は、上記支持部６に、上記押圧部３とは反対側に、取り付けられている。つまり、上記押圧部３と上記潤滑剤供給部４とによって、上記加圧ベルト２を内部から、張力をかけつつ支持している。

上記潤滑剤供給部４は、上記加圧ベルト２の内面に、上記潤滑剤を塗布して、上記加圧ベルト２と上記押圧部３との間の潤滑性を確保する。上記潤滑剤は、界面活性剤を含むシリコンオイルである。

ここで、図２〜図６に、潤滑剤としてジメチルシリコンオイル（３００ＣＳ）に対して各界面活性剤を５重量％混合したときの上記低摩擦シート３３に対する親和性を評価した結果を示す。

上記低摩擦シート３３として、日東電工製９７０−４ＵＬを使用し、上記低摩擦シート３３上に、各潤滑液をマイクロピペットにて０．０４ｍｌ滴下し、その時の液滴の広がり度合いを、ジメチルシリコンオイル単体の状態で滴下した場合と比較した。

図２では、潤滑剤１０ａとして、界面活性剤を含まないジメチルシリコンオイル単体を用いている。

図３では、潤滑剤１０ｂとして、炭化水素系の界面活性剤（ナカライテスク株式会社のポリエチレンクリコール分子量６００）を含むジメチルシリコンオイルを、用いている。

図４では、潤滑剤１０ｃとして、フッ素系の界面活性剤（株式会社ネオスのノニオン系界面活性剤フタージェント２２２Ｆ）を含むジメチルシリコンオイルを、用いている。

図５では、潤滑剤１０ｄとして、フッ素系の界面活性剤（株式会社ネオスのノニオン系界面活性剤フタージェント２０６Ｄ）を含むジメチルシリコンオイルを、用いている。

図６では、潤滑剤１０ｅとして、フッ素系の界面活性剤（３Ｍのノベックフッ素系界面活性剤ＦＣ−４４３２）を含むジメチルシリコンオイルを、用いている。

図２〜図６から分かるように、シリコンオイル単体の場合（図２）よりも、界面活性剤を混合すること（図３〜図６）で、上記潤滑剤１０ｂ〜１０ｅの上記低摩擦シート３３に対する接触面積が大きくなって（つまり、濡れ性が大きくなって）、上記低摩擦シート３３に対する親和性が増加している。

なお、界面活性剤のイオン性について、ここでは、ノニオン系のフッ素系界面活性剤について例示したが、これに限らずアニオン系またはカチオン系のフッ素系界面活性剤でもよい。

また、分子構造も直鎖上のパーフルオロカーボン基を有する界面活性剤のみでなく、複数にパーフルオロカーボン基が分岐した構造や、パーフルオロアルキル含有オリゴマータイプの界面活性剤を用いてもよい。

図７に、上記潤滑剤１０ａ〜１０ｅの親和性（濡れ性）と、上記潤滑剤１０ａ〜１０ｅを図１に示す定着装置内の上記低摩擦シート３３上に塗布した際の上記定着ローラ１のトルクとの関係を、示す。

ここで、横軸は、濡れ性比率を示し、図２に示す上記潤滑剤１０ａの面積を１００としたときの、図３〜図６に示す上記潤滑剤１０ｂ〜１０ｅの面積の比率を示す。

縦軸は、図２に示す潤滑剤１０ａを用いた上記定着ローラ１のトルクを１００としたときの、図３〜図６に示す上記潤滑剤１０ｂ〜１０ｅを用いた上記定着ローラ１のトルクの比率を示す。

「○」は、図２の潤滑剤１０ａを示し、「◇」は、図３の潤滑剤１０ｂを示し、「△」は、図３〜図５の潤滑剤１０ｃ〜１０ｅを示す。

図７から分かるように、界面活性剤を混合した上記潤滑剤１０ｂ〜１０ｅは、上記低摩擦シート３３との親和性が増す（濡れ性比率が大きくなる）に従って、上記定着ローラ１のトルクを低減させる。また、「◇」に示す炭化水素系界面活性剤のポリエチレングリコールよりも、「△」に示すフッ素系界面活性剤のほうが、トルクを低減する効果が大きい。

したがって、図１の定着装置に用いられる上記潤滑剤の上記界面活性剤は、フッ素系の界面活性剤であるのが好ましい。

次に、図８に、潤滑剤の界面活性剤の混合率と潤滑剤の親和性（濡れ性比率）との関係を、示す。「△」は、界面活性剤として、フッ素系の界面活性剤（株式会社ネオスのノニオン系界面活性剤フタージェント２０６Ｄ）を用いた場合を示し、「◇」は、界面活性剤として、炭化水素系の界面活性剤（ナカライテスク株式会社のポリエチレンクリコール分子量６００）を用いた場合を示す。

ここで、横軸は、界面活性剤のシリコンオイルに対する混合率（重量％）を示す。縦軸は、濡れ性比率を示し、界面活性剤のシリコンオイルに対する混合率が０である潤滑剤の面積を１００としたときの、各混合率における潤滑剤の面積の比率を示す。

図８から分かるように、界面活性剤のシリコンオイルに対する混合率が２重量％であるときに、上記低摩擦シート３３に対する親和性の効果が飽和する。したがって、界面活性剤のシリコンオイルに対する混合率は、２重量％以上が望ましい。

一方、界面活性剤のシリコンオイルに対する混合率を様々に変えた潤滑剤を、２００°Ｃのオーブン内に、１００時間保存して耐熱性の評価を行った場合、界面活性剤のシリコンオイルに対する混合率が３重量％以上で、ポリエチレングリコールの界面活性剤では、潤滑剤の粘度を著しく増加させ、フッ素系最面活性剤では、界面活性剤自体の分解により上記弾性体３２の材料であるシリコンゴムに架橋反応が生じてしまった。したがって、界面活性剤の混合率としては、３重量％以下がよい。

したがって、図１の定着装置に用いられる上記潤滑剤において、上記界面活性剤の上記シリコンオイルに対する混合率は、２重量％以上、３重量％以下であるのが好ましい。

上記構成の定着装置によれば、上記加圧ベルト２の内面に潤滑剤を供給する上記潤滑剤供給部４を有し、上記潤滑剤は、界面活性剤を含むシリコンオイルであるので、上記シリコンオイルには上記界面活性剤を含んでおり、上記押圧部３の接触面と上記潤滑剤との化学的親和性を改善することができる。また、上記潤滑剤側に上記界面活性剤が含まれるため、上記押圧部３の接触面上の上記潤滑剤がリフレッシュされることで、上記押圧部３の接触面上の上記界面活性剤もリフレッシュされ、耐熱劣化を抑制でき、長時間の親油効果を得ることができる。

したがって、安価に、かつ長期間において、上記定着ローラ１の駆動トルクを低減し、上記加圧ベルト２の走行を安定させることができる。

また、上記界面活性剤の上記シリコンオイルに対する混合率は、２重量％以上、３重量％以下であるので、上記押圧部３の接触面（上記低摩擦シート３３）と上記界面活性剤との親和性がよく、かつ、上記潤滑剤の粘度を低減することができる。

これに対して、２重量％よりも小さいと、上記低摩擦シート３３に対する親和性の効果が小さい。つまり、濡れ性比率が小さい。一方、３重量％よりも大きいと、ポリエチレングリコールの界面活性剤では、潤滑剤の粘度を著しく増加させ、フッ素系最面活性剤では、界面活性剤自体の分解により上記弾性体３２の材料であるシリコンゴムに架橋反応が生じる。

また、上記界面活性剤の上記シリコンオイルに対する混合率は、３重量％以下であるので、上記定着装置に上記記録材Ｐを通さない非通紙時において、上記潤滑剤の劣化を防ぐことができる。なお、非通紙時においては、例えば温調温度を下げて、上記潤滑剤の劣化を抑制するようにしてもよい。

また、上記界面活性剤は、フッ素系の界面活性剤であるので、上記押圧部３の接触面と上記潤滑剤との化学的親和性が一層向上する。

また、上記押圧部３は、上記加圧ベルト２とともに回転しないで、固定され、上記加圧ベルト２は、上記押圧部３を、摺動しており、上記潤滑剤によって、上記加圧ベルト２を効率よく回転できる。

（第２の実施形態）
図９は、この発明の画像形成装置の一実施形態である簡略構成図を示している。この画像形成装置は、上記記録材Ｐに未定着のトナーｔを付着して画像を形成する作像装置８０と、上記トナーｔを溶融して上記記録材Ｐに定着させる上記第１の実施形態の定着装置８１とを備える。

上記作像装置８０は、転写ベルト６１と、この転写ベルト６１に沿って配置されると共にトナー像を形成する４つの感光体５２と、この各感光体５２によって形成されたトナー像を上記転写ベルト６１上に転写する一次転写部６２と、上記転写ベルト６１に転写された像を上記記録材Ｐに転写する二次転写部６３とを備える。

上記感光体５２は、図示しない帯電部によって、一様に帯電され、この帯電された感光体５２は、画像露光を行うための露光部５９によって、静電潜像を形成され、この静電潜像は、トナーを有する現像部５４によって、現像される。

次に、この画像形成装置の作用を説明する。

プリントの指示がなされると、上記記録材Ｐが、給紙部６７から、搬送される。一方、上記露光部５９によって、上記感光体５２上に静電潜像が形成され、上記現像部５４によって静電潜像にトナーが現像される。

そして、この現像された画像は、上記転写ベルト６１に電気的に転写され、上記二次転写部６３まで移動される。その後、上記二次転写部６３にて、上記転写ベルト６１の画像は、上記記録材Ｐに転写されて、上記記録材Ｐに未定着画像が形成される。そして、この未定着画像を、上記定着装置８１による熱および圧力によって、上記記録材Ｐに定着させる。

上記構成の画像形成装置によれば、上記定着装置８１を備えているので、安価で、長期間安定して品質のよい画像を得ることができる画像形成装置を実現できる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記定着ローラ１の代わりに、定着ベルトであってもよい。上記押圧部３の上記接触面に、フッ素系樹脂を、一体に形成してもよい。

また、画像形成装置としては、モノクロ／カラーの複写機、プリンタ、ＦＡＸやこれらの複合機など、どれであってもかまわない。

本発明の定着装置の一実施形態を示す簡略構成図である。 潤滑剤としてジメチルシリコンオイルのみを、低摩擦シート上に、滴下した際の、液滴の広がり度合いを説明する説明図である。 潤滑剤としてジメチルシリコンオイルおよび炭化水素系の界面活性剤（ポリエチレンクリコール）を、低摩擦シート上に滴下した際の、液滴の広がり度合いを説明する説明図である。 潤滑剤としてジメチルシリコンオイルおよび第１のフッ素系の界面活性剤（２２２Ｆ）を、低摩擦シート上に滴下した際の、液滴の広がり度合いを説明する説明図である。 潤滑剤としてジメチルシリコンオイルおよび第２のフッ素系の界面活性剤（２０６Ｄ）を、低摩擦シート上に滴下した際の、液滴の広がり度合いを説明する説明図である。 潤滑剤としてジメチルシリコンオイルおよび第３のフッ素系の界面活性剤（ＦＣ−４４３２）を、低摩擦シート上に滴下した際の、液滴の広がり度合いを説明する説明図である。 潤滑剤の濡れ性と定着ローラトルクとの関係を示すグラフである。 界面活性剤の混合率と濡れ性比率との関係を示すグラフである。 この発明の画像形成装置を示す簡略構成図である。

符号の説明

１ 定着ローラ（他方の回転体）
１１ 加熱ヒータ
２ 加圧ベルト（一方の回転体）
３ 押圧部
３１ 基台
３２ 弾性体
３３ 低摩擦シート
４ 潤滑剤供給部
５ 圧縮バネ
６ 支持部
１０ａ ジメチルシリコンオイルのみの潤滑剤
１０ｂ 炭化水素系の界面活性剤（ポリエチレンクリコール）を含むジメチルシリコンオイルの潤滑剤
１０ｃ 第１のフッ素系の界面活性剤（２２２Ｆ）を含むジメチルシリコンオイルの潤滑剤
１０ｄ 第２のフッ素系の界面活性剤（２０６Ｄ）を含むジメチルシリコンオイルの潤滑剤
１０ｅ 第３のフッ素系の界面活性剤（ＦＣ−４４３２）を含むジメチルシリコンオイルの潤滑剤
８０ 作像装置
８１ 定着装置
Ｐ 記録材
ｔ トナー

Claims (5)

1. 互いに接触して共に回転する一対の回転体と、
   上記一対の回転体のうちの一方の回転体の内部に配置されて、上記一方の回転体の内面を上記一対の回転体のうちの他方の回転体に向けて押圧する押圧部と、
   上記一方の回転体の内面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部と
   を備え、
   上記押圧部は、上記一方の回転体の内面と接触する接触面に、フッ素系樹脂を有し、
   上記潤滑剤は、界面活性剤を含むシリコンオイルであることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記界面活性剤の上記シリコンオイルに対する混合率は、２重量％以上、３重量％以下であることを特微とする定着装置。
3. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記界面活性剤は、フッ素系の界面活性剤であることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記押圧部は、上記一方の回転体とともに回転しないで、固定され、
   上記一方の回転体は、上記押圧部を、摺動することを特徴とする定着装置。
5. 請求項１に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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