JP2009003223A - 定着装置およびそれを構成する部材の製造方法、並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シートに対する分離性を改善できるとともに、トナーや紙粉に対する離型性を改善して画像品質と通紙信頼性を満足できる定着装置を提供すること。
【解決手段】それぞれ円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有し、定着のためのニップ部Ｎを形成するように互いに圧接された二つの部材９１Ａ，９２Ａを備える。二つの部材９１Ａ，９２Ａのうち少なくとも一つを定着のための温度に加熱する加熱源を備える。シートの搬送方向Ｘに関してニップ部の下流側に相当する端部Ｎ２は、二つの部材のうちの一方の部材９２Ａが他方の部材９１Ａに対して凸状になる態様で湾曲している。一方の部材９２Ａは、フッ素系樹脂からなる表面を有し、この表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内である。
【選択図】図２Ｂ

Description

この発明は定着装置に関し、より詳しくは、片面にトナーが付着されたシートを加圧及び加熱して、上記トナーを溶融して上記シートに画像を定着させる定着装置に関する。

また、この発明は、そのような定着装置を構成する部材の製造方法に関する。

また、この発明は、そのような定着装置を備えた画像形成装置に関する。

この種の定着装置は、定着のためのニップ部を形成するように互いに圧接された二つの部材と、上記二つの部材のうち少なくとも一つを加熱する加熱源とを備え、片面にトナーが付着されたシート（紙など）を上記ニップ部を通して搬送し、加圧及び加熱により上記トナーを溶融して上記シートに画像を定着させるようになっている。

一般的な定着装置では、上記二つの部材は、トナーや紙粉に対する離型性を高めるために、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂からなる平坦な表面（算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下）を有している。

従来、ニップ部を形成するのに用いられるベルトの表層に、カーボンブラック入りフッ素系樹脂（フッ素系樹脂９５％以上）を用いることが提案されている（例えば、特許文献１（特開２００３−５５５５号公報参照。）。これにより、定着ベルトの帯電を防止して、静電オフセットの発生等を防止している。
特開２００３−５５５５号公報 特開２００４−２８７１５２号公報 特開２００５−３７８２９号公報

しかしながら、上述の一般的な定着装置では、ニップ部を形成する二つの部材が平坦な表面を有するため、上記二つの部材のうちの一方の部材、特に他方の部材に対して凸状となっている側の部材に、シートが巻き付いてジャムが発生するという問題（シートに対する分離性の問題）がある。例えば、一方の部材においてニップ部の下流側端部でシート分離のために他方の部材に対して凸状になっている箇所がある場合には、この一方の部材に、シートが巻き付いてジャムが発生するという問題がある。

一方、特許文献１のように、ベルトの表層をなすフッ素系樹脂に添加物を含有させると、表面の凹凸が大きすぎるため、トナーや紙粉に対する離型性が低下し、表面にトナーや紙粉が付着するという問題（トナーや紙粉に対する離型性の問題）が生ずる。これにより、付着物の形状が画像に転写されて画像ノイズが発生し、画像品質が悪化する。また、その付着物により他方の部材（ニップ部をなす）の表面にキズを付けてしまい、同様に画像ノイズが発生し、画像品質が悪化する。また、付着したトナーが溶融状態で存在するため、巻き付きジャムが発生し、通紙信頼性を悪化させる。

そこで、この発明の課題は、シートに対する分離性を改善できるとともに、トナーや紙粉に対する離型性を改善して画像品質と通紙信頼性を満足できる定着装置を提供することにある。

また、この発明の課題は、そのような定着装置を構成する部材の製造方法を提供することにある。

また、この発明の課題は、そのような定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１の局面では、この発明の定着装置は、
それぞれ円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有し、定着のためのニップ部を形成するように互いに圧接された二つの部材と、
上記二つの部材のうち少なくとも一つを定着のための温度に加熱する加熱源とを備え、
上記ニップ部を通して搬送されるシートの搬送方向に関して上記ニップ部の下流側に相当する端部は、上記シートの幅方向に沿って見た断面視で上記二つの部材のうちの一方の部材が他方の部材に対して凸状になる態様で湾曲しており、
上記一方の部材は、フッ素系樹脂からなる表面を有し、この表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であることを特徴とする。

ここで「フッ素系樹脂」とは、フッ素原子を組成に含む合成樹脂の総称である。

表面の算術平均粗さとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線の方向にｘ軸を、縦倍率の方向にｙ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、次の式（数１）によって求められる値をマイクロメートル（μｍ）単位で表したものをいう。

この発明の定着装置では、上記ニップ部を通して搬送されるシートの搬送方向に関して上記ニップ部の下流側に相当する端部は、上記シートの幅方向に沿って見た断面視で上記二つの部材のうちの一方の部材が他方の部材に対して凸状になる態様で湾曲している。このため、定着動作時に、上記一方の部材の方へシートが湾曲して巻き付く傾向が生じる場合がある。ここで、この発明の定着装置では、上記一方の部材は、フッ素系樹脂からなる表面を有し、この表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内である。このように、上記一方の部材の表面がフッ素系樹脂からなり、この表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上の凹凸を有することで、シートに対する分離性が改善される。しかも、この表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．３μｍ以下であるから、トナーや紙粉に対する離型性が改善される。この結果、画像ノイズの発生やトナー溶融による巻き付きジャム発生を防止することができ、画像品質と通紙信頼性を満足できる。

一実施形態の定着装置では、上記一方の部材の上記表面は上記フッ素系樹脂のみからなることを特徴とする。

ここで「フッ素系樹脂のみからなる」とは、カーボンブラックなどの添加物が含有されておらず、上記フッ素系樹脂が１００％であることを意味する。

この一実施形態の定着装置では、上記一方の部材の上記表面は、上記フッ素系樹脂のみからなる。したがって、さらにトナーや紙粉に対する離型性を改善でき、さらに画像品質と通紙信頼性を満足できる。

一実施形態の定着装置では、上記一方の部材は、基材と、この基材の外周面を覆うように設けられた、上記算術平均粗さをもつ表面を有する上記フッ素系樹脂からなるチューブによって形成されていることを特徴とする。

この一実施形態の定着装置では、上記一方の部材が容易に作製され得る。

一実施形態の定着装置では、
上記一方の部材は無端ベルトの形態を有し、
上記ニップ部を形成するように、上記一方の部材の内周面を、上記二つの部材のうちの他方の部材へ向けて押圧する加圧部材を備えたことを特徴とする。

この一実施形態の定着装置では、上記加圧部材のお蔭で上記二つの部材が互いに圧接される状態となって、上記ニップ部が形成される。

第２の局面では、この発明の定着装置は、
円筒状ローラの形態を有し、搬送されるシートが外周面に圧接される定着部材と、
上記定着部材を定着のための温度に加熱する加熱源とを備え、
上記定着部材は、フッ素系樹脂からなる表面を有し、この表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であることを特徴とする。

この発明の定着装置では、定着動作時に、上記定着部材の方へシートが湾曲して巻き付く傾向が生じる場合がある。ここで、この発明の定着装置では、上記定着部材は、フッ素系樹脂からなる表面を有し、この表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内である。このように、定着部材の表面がフッ素系樹脂からなり、この表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上の凹凸を有することで、シートに対する分離性が改善される。しかも、この表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．３μｍ以下であるから、トナーや紙粉に対する離型性が改善される。この結果、画像ノイズの発生やトナー溶融による巻き付きジャム発生を防止することができ、画像品質と通紙信頼性を満足できる。

一実施形態の定着装置では、上記定着部材の上記表面は上記フッ素系樹脂のみからなることを特徴とする。

ここで「フッ素系樹脂のみからなる」とは、既述のように、カーボンブラックなどの添加物が含有されておらず、上記フッ素系樹脂が１００％であることを意味する。

この一実施形態の定着装置では、上記定着部材の上記表面は、上記フッ素系樹脂のみからなる。したがって、さらにトナーや紙粉に対する離型性を改善でき、さらに画像品質と通紙信頼性を満足できる。

一実施形態の定着装置では、上記定着部材は、基材と、この基材の外周面を覆うように設けられた、上記算術平均粗さをもつ表面を有する上記フッ素系樹脂からなるチューブによって形成されていることを特徴とする。

この一実施形態の定着装置では、上記一方の部材が容易に作製され得る。

この発明の製造方法は、
第１の局面の定着装置が備える上記一方の部材を製造する製造方法であって、
円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、
この基材の外周面を覆うようにフッ素系樹脂を表層として積層し、
上記フッ素系樹脂の表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように荒らして、上記基材と上記フッ素系樹脂とを含む上記一方の部材を得ることを特徴とする。

この発明の製造方法によれば、上記一方の部材を容易に作製できる。

別の局面では、この発明の製造方法は、
第１の局面の定着装置が備える上記一方の部材を製造する製造方法であって、
平坦な表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
上記チューブの表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように荒らし、
円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付けて、上記基材と上記チューブとを含む上記一方の部材を得ることを特徴とする。

この発明の製造方法によれば、上記一方の部材を容易に作製できる。

さらに別の局面では、この発明の製造方法は、
第１の局面の定着装置が備える上記一方の部材を製造する製造方法であって、
算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であるような表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付けて、上記基材と上記チューブとを含む上記一方の部材を得ることを特徴とする。

この発明の製造方法によれば、上記一方の部材を容易に作製できる。

さらに別の局面では、この発明の製造方法は、
第１の局面の定着装置が備える上記一方の部材を製造する製造方法であって、
平坦な表面を有する円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を所定の粗さとなるように荒らし、
平坦な表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
上記基材の外周面に上記チューブを表層として取り付けて上記基材と上記チューブとを含む上記一方の部材を得るものであり、上記所定の粗さは、上記基材の外周面の形状が上記チューブの表面に反映することにより上記表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍとなるように決定されていることを特徴とする。

この発明の製造方法によれば、上記一方の部材を容易に作製できる。

この発明の製造方法は、
第２の局面の定着装置が備える上記定着部材を製造する製造方法であって、
円筒状ローラの形態を有する基材を用意し、
この基材の外周面を覆うようにフッ素系樹脂を表層として積層し、
上記フッ素系樹脂の表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように荒らして、上記基材と上記フッ素系樹脂とを含む上記定着部材を得ることを特徴とする。

この発明の製造方法によれば、上記定着部材を容易に作製できる。

別の局面では、この発明の製造方法は、
第２の局面の定着装置が備える上記定着部材を製造する製造方法であって、
平坦な表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
上記チューブの表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように荒らし、
円筒状ローラの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付けて、上記基材と上記チューブとを含む上記定着部材を得ることを特徴とする。

この発明の製造方法によれば、上記定着部材を容易に作製できる。

さらに別の局面では、この発明の製造方法は、
第２の局面の定着装置が備える上記定着部材を製造する製造方法であって、
算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であるような表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
円筒状ローラの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付けて、上記基材と上記チューブとを含む上記定着部材を得ることを特徴とする。

この発明の製造方法によれば、上記定着部材を容易に作製できる。

さらに別の局面では、この発明の製造方法は、
第２の局面の定着装置が備える上記定着部材を製造する製造方法であって、
円筒状ローラの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面は所定の粗さであり、
上記基材の外周面に上記チューブを表層として取り付けて上記基材と上記チューブとを含む上記定着部材を得るものであり、上記所定の粗さは、上記基材の外周面の形状が上記チューブの表面に反映することにより上記表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍとなるように決定されていることを特徴とする。

この発明の製造方法によれば、上記定着部材を容易に作製できる。

この発明の画像形成装置は、
シートにトナーを付着させる画像形成部と、
第１または第２の局面の定着装置を備えたことを特徴とする。

この発明の画像形成装置では、上記画像形成部がシートにトナーを付着させ、その後、上記定着装置が上記トナーを溶融して上記シートに画像を定着させる。この発明の画像形成装置によれば、上述のように定着装置において、シートに対する分離性が改善され、しかも、トナーや紙粉に対する離型性が改善される。この結果、画像ノイズの発生やトナー溶融による巻き付きジャム発生を防止することができ、画像品質と通紙信頼性を満足できる。

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。

図１は、一実施形態の定着装置を備えた画像形成装置の構成を示している。

この画像形成装置は、ケーシング（図示せず）内部の略中央に感光体ドラム１を備え、この感光体ドラム１の周りに、帯電ユニット２と、画像露光装置３と、現像ローラ４１を有する現像装置４と、転写ローラ５と、分離爪６と、クリーナ７と、イレーサ８とを順に備えている。これらの構成要素１〜８が画像形成部を構成している。感光体ドラム１と転写ローラ５とは互いに圧接されて画像形成のためのニップ部（転写領域）Ａを形成している。

ケーシング内部で転写領域Ａの下方には、記録媒体としてのシート（用紙など）Ｓを多数収容した給紙カセット１０が配置されている。

ケーシング内部で転写領域Ａの上方には、定着装置９が配置されている。定着装置９は、定着のためのニップ部Ｎを形成するように互いに圧接された二つの部材９１、９２を有している。これらの部材９１、９２はそれぞれ円筒状ローラまたは無端ベルトの形態をとり得る（具体的には後述）。この例では、部材９１は、後述する加熱部によって定着のための温度に加熱される。この部材９１の周りには、この部材９１からシートＳを分離するための分離爪９３、及び、この部材９１の温度を検出するためのサーミスタ９４が配置されている。

給紙カセット１０と転写領域Ａとの間には給紙カセット１０から送り出されたシートＳを搬送するための搬送路１２が形成されている。また、転写領域Ａと定着装置９との間には、転写領域Ａでトナーが付着されたシートＳを搬送するための搬送路１３が形成されている。

画像形成時には、感光体ドラム１は矢印ａの向き（図１において反時計回り）、転写ローラ５は矢印ｂの向き（図１において時計回り）にそれぞれ中心の周りに回転される。そして感光体ドラム１の表面が帯電ユニット２により一様に所定電位に帯電され、その帯電域に画像露光装置３から原稿画像に応じたレーザ光Ｌが照射されて、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置４の、現像バイアスを印加された現像ローラ４１で現像されて可視のトナー像とされる。

一方、給紙カセット１０から給紙ローラ１０１によってシートＳが１枚ずつ搬送路１２に引き出され、タイミングローラ対１１へ供給される。タイミングローラ１１は、図示しない制御部による制御によって感光体ドラム１上のトナー像形成と同期をとって、シートＳを転写領域Ａに送り込む。これにより、感光体ドラム１上に形成されたトナー画像がシートＳに転写されて付着される。転写後に感光体ドラム１の表面に残留したトナーは、クリーナ７により清掃されて除去される。また、感光体ドラム１の表面に残留した電荷は、イレーサ８により除電されて除去される。これにより、次の画像形成に備えられる。

トナー画像が付着されたシートＳは、転写領域Ａから搬送路１３を通して、定着装置９の二つの部材９１、９２の間のニップ部Ｎに送り込まれる。定着動作時には、二つの部材９１、９２は、それぞれ矢印ｃ方向、矢印ｄ方向に回転される。また、一方の部材９１は、加熱部（例えば図２Ａ中のヒータ９５）によって定着のための温度に加熱される。この部材９１の温度は、サーミスタ９４が検出した温度に基づいて、図示しない制御部によってフィードバック制御される。そして、ニップ部Ｎに送り込まれたシートＳは、ニップ部Ｎを通して搬送されるのに伴って加圧及び加熱を受けて、トナーが溶融される。これにより、シートＳに画像が定着される。画像が定着されたシートＳは、この例ではニップ部Ｎを通して上方へ排出される。

図２Ａは上述の定着装置９の具体的な構成例を示している。この構成例では、部材９１として円筒状ローラの形態をもつ加熱ローラ（符号９１Ａで表す）を備え、部材９２として無端ベルトの形態をもつ加圧ベルト（符号９２Ａで表す）を備えている。加熱ローラ９１Ａの内側には、加熱部としてのヒータ９５が設けられている。加圧ベルト９２Ａの内側には、加圧ベルト９２Ａの内周面を加熱ローラ９１Ａへ向けて押圧する加圧部材として、シートの搬送方向に関して上流側に弾性体パッド９６が設けられ、さらにその下流側に剛体パッド９７が設けられている。弾性体パッド９６、剛体パッド９７は支持部材９８を介してフレームに支持されて、加熱ローラ９１Ａへ向けて付勢されている。これにより、図２Ｂに詳細に示すように、加熱ローラ９１Ａに対して加圧ベルト９２Ａが圧接される状態となって、定着のためのニップ部Ｎが形成されている。

図５Ａに示すように、加熱ローラ９１Ａは、この例では、芯金２１と、中間層２２と、表層２５との３層構造になっている。

芯金２１は、機械的強度を有するように、アルミニウム、鉄等の金属材料からなるのが望ましい。芯金２１は、パイプ形状で、この例では厚さが０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。軽量化及びウォームアップ時間を考慮すると、芯金２１の厚さは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であるのが望ましい。

表層２５は、表面２５ａに離型性を有するように、ＰＦＡ（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コポリマー）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂からなるチューブまたは同様のフッ素系樹脂からなるコーティングによって形成されている。シリコーン系等の樹脂からなっていても良く、また、導電性を有していても良い。表層２５の厚さは、５μｍ〜１００μｍ程度が望ましい。フッ素系チューブの例として三井・デュポンフロロケミカル株式会社製ＰＦＡ３５０−Ｊ、４５１ＨＰ−Ｊ、９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ、等がある。水との接触角は９０度以上であり、望ましくは１１０度以上である。表層２５の表面粗さは、この例では任意であるが、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜１．３μｍ程度であるのが望ましい。

中間層２２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性を有し、かつ耐熱性の高い材質からなるのが望ましい。中間層２２の厚さは、任意であるが、０．０５ｍｍ〜２ｍｍ程度であるのが望ましい。中間層２２の外径は、任意であるが、１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度であるのが望ましい。なお、中間層２２を省略して、加熱ローラ９１Ａを２層構造とすることも可能である。

図５Ｂに示すように、加圧ベルト９２Ａは、この例では、基材３１と、表層３２との２層構造になっている。

基材３１は、ポリイミド、ポリフェニレンスルファイド、ニッケル、鉄、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の材料から成る。基材３１の厚さは、任意であるが、０．０５ｍｍ〜２ｍｍ程度であるのが望ましい。基材３１の外径は、任意であるが、２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度であるのが望ましい。

表層３２は、表面３２ａに離型性を有するように、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系樹脂からなるチューブまたは同様のフッ素系樹脂からなるコーティングによって形成されている。表層３２の厚さは、５μｍ〜１００μｍ程度であるのが望ましい。フッ素系チューブの例として三井・デュポンフロロケミカル(株)製ＰＦＡ３５０−Ｊ、４５１ＨＰ−Ｊ、９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ、等がある。水との接触角は９０度以上であり、望ましくは１１０度以上である。表層３２の表面粗さは、この例では算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜１．３μｍである。この表層３２の表面粗さの効果については、後に詳述する。

なお、表層３２と基材３１との間に中間層を設けても良い。中間層は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、等の弾性を有し、かつ耐熱性の高い材質からなるが望ましい。

図２Ｂ中に示した弾性体パッド９６は、シリコーン系ゴム、フッ素系ゴム、等の弾性があり、かつ高い耐熱性を有する材質からなるのが望ましい。弾性体パッド９６の厚さは、任意であるが、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であるのが望ましい。弾性体パッド９６は、組付け性、生産性等の観点からＳＵＳ、アルミニウム、鉄等の金属板と一体に取り付けられていても良い。

剛体パッド９７は、ポリフェニレンスルファイド、ポリイミド、液晶ポリマー等の樹脂や、アルミニウム、鉄等の金属、またはセラミック等の材料からなる。剛体パッド９７の押圧面（加圧ベルト９２Ａの内周面に接する面）９７ａは、ニップ部Ｎの下流側端部Ｎ２で加圧ベルト９２Ａを加熱ローラ９１Ａに対して凸状に湾曲させるために、凸状に形成されている。この結果、図２Ｂの断面視、つまりニップ部Ｎを通して搬送されるシートの幅方向に沿って見た断面視で、ニップ部Ｎの下流側端部Ｎ２は、ニップ部Ｎの中央部Ｎ１に比して小さい曲率半径でニップ部Ｎの中央部Ｎ１とは反対の向きに、剛体パッド９７の押圧面９７ａに沿って凸状に湾曲している。

なお、弾性体パッド９６及び剛体パッド９７の形状や、加熱ローラ９１Ａの中間層（ゴム層）２２の厚さ、弾性体パッド９６の厚さ、圧力等に応じて、ニップ部Ｎの形状は、様々に変形され得る。ニップ部Ｎを作る定着器全体荷重は、任意であるが、１００Ｎ〜６００Ｎ程度であるのが望ましい。

加圧ベルト９２Ａの内周面と加圧部材９６，９７の押圧面との間には、潤滑性を高めるために、グリスまたはオイル等の潤滑剤が供給されるのが望ましい。グリスまたはオイルの材質は、任意であるが、例えばフッ素系、シリコーン系、ポリオレフィン系、鉱油系等のものが用いられる。

さて、上述のように、図２Ｂの断面視、つまりニップ部Ｎを通して搬送されるシートの幅方向に沿って見た断面視で、ニップ部Ｎの下流側端部Ｎ２は、ニップ部Ｎの中央部Ｎ１に比して小さい曲率半径でニップ部Ｎの中央部Ｎ１とは反対の向きに、剛体パッド９７の押圧面９７ａに沿って凸状に湾曲している。これは、シートの分離性を高めるためである。しかし、定着動作時に、加圧ベルト９２Ａの方へシートが湾曲して逆に巻き付く傾向が生じる。ここで、この定着装置では、既述のように、加圧ベルト９２Ａはフッ素系樹脂からなる表面３２ａ（図５Ｂ参照）を有し、この表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内である。具体的には、図６に模式的に示すように、加圧ベルト９２Ａの表層３２は、ニップ部Ｎにおけるシートの搬送方向Ｘに沿って延びる複数の溝３２ｄを有している。この結果、加圧ベルト９２Ａの表層３２は、図７に示すように、シートの幅方向Ｙに沿って、凹凸を示す表面粗さを有している。なお、図７の横軸はシートの幅方向Ｙに沿った加圧ベルト９２Ａの表面３２ａにおける位置を示し、縦軸は加圧ベルト９２Ａの表面３２ａの凹凸（粗さ）を示している。なお、加圧ベルト９２Ａは、シートの搬送方向Ｘに関して凹凸を有していても良く、搬送方向Ｘと幅方向Ｙに関して凹凸を有していても良い。このように、加圧ベルト９２Ａの表面３２ａがフッ素系樹脂からなり、この表面３２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上の凹凸を有することで、シートに対する分離性が改善される。しかも、この表面３２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）が１．３μｍ以下であるから、トナーや紙粉に対する離型性が改善される。この結果、画像ノイズの発生やトナー溶融による巻き付きジャム発生を防止することができ、画像品質と通紙信頼性を満足できる。

図８は、この加圧ベルト９２Ａの表面粗さの効果を示す実験結果を示している。最も左の欄は、実験のために作製した試料の番号（Ｎｏ．１からＮｏ．１１まで）を示している。Ｎｏ．１からＮｏ．７までの試料では、表層の材質はフッ素系樹脂（この例ではＰＦＡ）１００％であり、添加物は無い。これに対して、Ｎｏ．８からＮｏ．１１までの試料は、表層の材質はＰＦＡに添加物として２．０重量％のカーボンブラックを配合したものである。Ｎｏ．１とＮｏ．２の試料では、表面の算術平均粗さＲａがそれぞれ０．０１、０．０５であり、表面が平坦になっている。Ｎｏ．３からＮｏ．５までの試料では、表面の算術平均粗さＲａがそれぞれ０．１０、０．７０、１．３０（本発明の範囲内）である。Ｎｏ．６とＮｏ．７の試料では、表面の算術平均粗さＲａがそれぞれ１．５０、２．００であり、表面がより粗くなっている。Ｎｏ．８からＮｏ．１１までの試料では、表面の算術平均粗さＲａがそれぞれ０．０２、０．６０、１．２０、１．８０というように、表面が平坦な状態から順次粗くなっている。

図８の「品質」欄から分かるように、Ｎｏ．３からＮｏ．５までの試料（本発明の範囲内）では、トナーや紙粉に対する「離型性」、シートに対する「分離性」、「初期画像ノイズ」（動作開始直後の画像ノイズ）がいずれも良好（○印で示す）であり、望ましい結果が得られた。これに対して、Ｎｏ．１とＮｏ．２の試料（平坦な表面をもつ）では、シートに対する「分離性」がそれぞれ悪い（×印で示す）、やや悪い（△印で示す）という結果であった。また、Ｎｏ．６とＮｏ．７の試料（より粗い表面をもつ）では、「初期画像ノイズ」がそれぞれやや悪い（△印で示す）、悪い（×印で示す）という結果であった。

また、Ｎｏ．８からＮｏ．１１までの試料（添加物が有るもの）では、トナーや紙粉に対する「離型性」がいずれも悪い（×印で示す）という結果であった。しかも、Ｎｏ．８の試料（平坦な表面をもつ）ではシートに対する「分離性」が悪い（×印で示す）、また、Ｎｏ．１１の試料（より粗い表面をもつ）では「初期画像ノイズ」が悪い（×印で示す）という結果が得られた。このＮｏ．８からＮｏ．１１までの試料群での表面粗さに応じた傾向は、Ｎｏ．１からＮｏ．７までの試料群での表面粗さに応じた傾向と一致している。

このように、図８の結果から、加圧ベルト９２Ａの表面３２ａがフッ素系樹脂からなり、この表面３２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上の凹凸を有することで、所望の品質が得られることを確認できた。

なお、上述の図２Ａの構成例では、加熱ローラ９１Ａの内部にのみ加熱源（ヒータ９５）を設けたが、加圧ベルト９２Ａの内側、例えば加圧部材９６、９７のところに加熱源を配置しても良い。

また、図２Ａの構成例では、図１中に示した部材９１として円筒状ローラの形態をもつ加熱ローラ９１Ａを備え、部材９２として無端ベルトの形態をもつ加圧ベルト９２Ａを備えたが、これに限られるものではない。

例えば図３に示すように、図１中に示した部材９１として無端ベルトの形態をもつ定着ベルト９１Ｂを備え、部材９２として円筒状ローラの形態をもつ加圧ローラ９２Ｂを備えても良い。この図３の構成例では、定着ベルト９１Ｂの内側には、加圧部材９９と加熱ローラ９１Ｈとが配置されている。加圧部材９９はフレームに支持されて、定着ベルト９１Ｂの内周面を加圧ローラ９２Ｂへ向けて押圧している。一方、加熱ローラ９１Ｈは、加圧部材９９から離れる向きに付勢部材９１Ｇによって付勢されている。これにより、定着ベルト９１Ｂに張力が付与されている。加熱ローラ９１Ｈの内部にはヒータ９５Ｂが配置されている。定着動作時には、このヒータ９５Ｂによって加熱ローラ９１Ｈが加熱され、加熱ローラ９１Ｈを介して定着ベルト９１Ｂが定着のための温度に加熱される。

加圧部材９９は、図３の断面視で、シートの搬送方向Ｘに関して上流側の部分９９ａが加圧ローラ９２Ｂに対して凸状に形成され、中央部９９ｂが加圧ローラ９２Ｂの表面に沿った凹状に形成され、また、下流側の部分９９ｃが加圧ローラ９２Ｂに対して凸状に形成されている。

この例では、トナーが付着されたシートは、下方からニップ部Ｎに送り込まれる。シートは、ニップ部Ｎを通して搬送されるのに伴って加圧及び加熱を受けて、トナーが溶融される。これにより、シートに画像が定着される。画像が定着されたシートは、この例ではニップ部Ｎを通して上方へ排出される。

定着ベルト９１Ｂの断面構造は、図５Ｂに示した加圧ベルト９２Ａの断面構造と同じとし、表層と基材の材質も同じとする。

図５Ｃに示すように、加圧ローラ９２Ｂは、芯金５１と、中間層５２と、表層５３との３層構造になっている。加圧ローラ９２Ｂの外径は、任意であるが、２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度であるのが望ましい。ストレート形状や、両端の径が大きい逆クラウン形状や、中央の径が大きいクラウン形状としても良い。径の差は、任意であるが、０．００１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

芯金５１は、機械的強度を有するように、アルミニウム、鉄等の金属材料からなるのが望ましい。芯金２１は、この例ではパイプ形状で、厚さが０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。なお、芯金２１は、中実であっても良く、断面形状が三矢形状等の異型であっても良い。芯金２１の内側に加熱源であるヒータ等を配置しても良い。

中間層５２は、弾性層であり、ソリッドやスポンジ形態のどちらでもよい。中間層５２の厚さは、この例では１ｍｍ〜２０ｍｍ程度であるが、装置に応じて適時変更してかまわない。中間層５２の材質は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、等の耐熱性の高い材質が望ましく、添加剤を加えたりしても良い。ローラ硬度は、任意である。

表層５３は、表面５３ａに離型性を有するように、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂からなるチューブまたは同様のフッ素系樹脂からなるコーティングによって形成されている。表層５３の厚さは、５μｍ〜１００μｍ程度が望ましい。フッ素系チューブの例として三井・デュポンフロロケミカル(株)製ＰＦＡ３５０−Ｊ、４５１ＨＰ−Ｊ、９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ、等がある。水との接触角は９０度以上であり、望ましくは１１０度以上である。表層５３の表面粗さは、この例では任意であるが、算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜１．３μｍ程度であるのが望ましい。

この例では、図３の断面視、つまりニップ部Ｎを通して搬送されるシートの幅方向に沿って見た断面視で、ニップ部Ｎの下流側端部Ｎ２は、ニップ部Ｎの中央部Ｎ１に比して小さい曲率半径でニップ部Ｎの中央部Ｎ１とは反対の向きに、加圧部材９９の下流側部分９９ｃに沿って凸状に湾曲している。これは、シートの分離性を高めるためである。しかし、定着動作時に、定着ベルト９１Ｂの方へシートが湾曲して巻き付く傾向が生じる。そこで、この例では、定着ベルト９１Ｂはフッ素系樹脂からなる表面を有し、この表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であるものとする。このように構成することで、トナーや紙粉に対する「離型性」、シートに対する「分離性」、「初期画像ノイズ」（動作開始直後の画像ノイズ）がいずれも良好になり、所望の品質を得ることができる。

また、図２Ａや図３の構成例とは異なり、図４に示すように、図１中に示した部材９１、この例では定着部材として円筒状ローラの形態をもつ加熱ローラ９１Ｃを備え、部材９２として円筒状ローラの形態をもつ加圧ローラ９２Ｃを備えても良い。

加熱ローラ９１Ｃの断面構造は、図５Ａに示した加熱ローラ９１Ａの断面構造と同じとし、表層と中間層と芯金の材質も同じとする。また、加圧ローラ９２Ｃの断面構造は、図５Ｃに示した加圧ローラ９２Ｂの断面構造と同じとし、表層と中間層と芯金の材質も同じとする。

図４中に示す加熱ローラ９１Ｃの内部にはヒータ９５Ｃが配置されている。定着動作時には、このヒータ９５Ｃによって加熱ローラ９１Ｃが定着のための温度に加熱される。

この例では、トナーが付着されたシートは、下方から加熱ローラ９１Ｃと加圧ローラ９２Ｃとが作るニップ部Ｎに送り込まれる。シートは、ニップ部Ｎを通して搬送されるのに伴って加圧及び加熱を受けて、トナーが溶融される。これにより、シートに画像が定着される。画像が定着されたシートは、この例ではニップ部Ｎを通して上方へ排出される。

この例では、図４の断面視、つまりニップ部Ｎを通して搬送されるシートの幅方向に沿って見た断面視で、加圧ローラ９２Ｃが加熱ローラ９１Ｃによって押圧されて凹状に窪んでいる。これにより、ニップ部Ｎは、概ね加熱ローラ９１Ｃの外周面に沿って、加圧ローラ９２Ｃに対して凸状に湾曲している。しかし、定着動作時に、加熱ローラ９１Ｃの方へシートが湾曲して逆に巻き付く傾向が生じる。そこで、この例では、加熱ローラ９１Ｃはフッ素系樹脂からなる表面を有し、この表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であるものとする。このように構成することで、トナーや紙粉に対する「離型性」、シートに対する「分離性」、「初期画像ノイズ」（動作開始直後の画像ノイズ）がいずれも良好になり、所望の品質を得ることができる。

なお、定着部材としての加熱ローラ９１Ｃに圧接されるのは、加圧ローラ９２Ｃに限られるものではなく、フレームに支持された非回転の弾性体パッドであっても良い。

上述のように定着装置において、シートに対する分離性が改善され、しかも、トナーや紙粉に対する離型性が改善される。したがって、図１のように構成された画像形成装置全体として、画像ノイズの発生やトナー溶融による巻き付きジャム発生を防止することができ、画像品質と通紙信頼性を満足できる。

次に、図２Ａの構成例における加熱ローラ９１Ａや加圧ベルト９２Ａ、図３の構成例における定着ベルト９１Ｂや加圧ローラ９２Ｂ、図４の構成例における加熱ローラ９１Ｃや加圧ローラ９２Ｃなどの部材を作製するために、フッ素系樹脂からなる表層の表面を荒らす幾つかの方法について説明する。

第１の方法では、まず、円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意する。円筒状ローラの形態を有する基材は、芯金に加えて中間層を含んでいても良い。無端ベルトの形態を有する基材は、中間層を含んでいても良い。そして、この基材の外周面を覆うようにフッ素系樹脂を表層として積層し、その後、そのフッ素系樹脂の表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように、ラッピングフィルム、紙やすり、マイクロフィルム等を用いて荒らす。これにより、所望の表面粗さを有する部材を得る。荒らす方向は、円筒状ローラまたは無端ベルトの周方向、幅方向、または両方向等、任意である。

なお、任意の凹凸形状のあるローラやシートを押し付けて、フッ素系樹脂の表面を荒らしても良い。その時、凹凸形状を転写し易いように、表層を基材とともに加熱したり、押し付けるローラやシートを加熱しても良い。

第２の方法では、まず、平坦な表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成する。そして、そのチューブの表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように、ラッピングフィルム、紙やすり、マイクロフィルム等を用いて荒らす。その後、円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付ける。これにより、所望の表面粗さを有する部材を得る。

なお、この方法においても、任意の凹凸形状のあるローラやシートを押し付けて、フッ素系樹脂の表面を荒らしても良い。その時、凹凸形状を転写し易いように、表層を基材とともに加熱したり、押し付けるローラやシートを加熱しても良い。

第３の方法では、まず、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であるような表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成する。具体的には、押出断面を凹凸を有する異型にする。次に、円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付ける。これにより、所望の表面粗さを有する部材を得る。

第４の方法では、まず、円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意する。この基材の外周面を荒らす。一方、平滑な表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成する。上記基材の外周面に上記チューブを表層として取り付ける。これにより、上記チューブの表面には上記基材の外周面の荒らされた形状が反映するようになる。上記基材の外周面の粗さは、上記チューブを上記基材に取り付けたときに上記チューブの表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように、予め実験等により決定される。これにより、所望の表面粗さを有する部材を得る。

なお、今回挙げた内容は、一例であり、構成及び材料は、これにとらわれない。装置に応じて適時変更してかまわない。

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、ファックス、これら複合機など、どれでもかまわない。

この発明の一実施形態の定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す図である。 図１中の定着装置の具体的な一つの構成例を示す図である。 図２Ａ中に示されたニップ部近傍を詳細に示す図である。 図１中の定着装置の具体的な別の構成例を示す図である。 図１中の定着装置の具体的なさらに別の構成例を示す図である。 図２Ａ中の加熱ローラの断面構造を示す図である。 図２Ａ中の加圧ベルトの断面構造を示す図である。 図３中の加圧ローラの断面構造を示す図である。 図２Ａ中の加圧ベルトの表層の表面を模式的に示す図である。 図２Ａ中の加圧ベルトの、シートの幅方向Ｙに沿った表面の凹凸を示す図である。 図２Ａ中の加圧ベルトの表面粗さの効果を示す実験結果を示す図である。

符号の説明

９ 定着装置
９１、９２ 部材
Ｎ ニップ部
Ｎ１ 中央部
Ｎ２ 下流側端部

Claims (16)

1. それぞれ円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有し、定着のためのニップ部を形成するように互いに圧接された二つの部材と、
   上記二つの部材のうち少なくとも一つを定着のための温度に加熱する加熱源とを備え、
   上記ニップ部を通して搬送されるシートの搬送方向に関して上記ニップ部の下流側に相当する端部は、上記シートの幅方向に沿って見た断面視で上記二つの部材のうちの一方の部材が他方の部材に対して凸状になる態様で湾曲しており、
   上記一方の部材は、フッ素系樹脂からなる表面を有し、この表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内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、
   上記一方の部材の上記表面は上記フッ素系樹脂のみからなることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記一方の部材は、基材と、この基材の外周面を覆うように設けられた、上記算術平均粗さをもつ表面を有する上記フッ素系樹脂からなるチューブによって形成されてい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、
   上記一方の部材は無端ベルトの形態を有し、
   上記ニップ部を形成するように、上記一方の部材の内周面を、上記二つの部材のうちの他方の部材へ向けて押圧する加圧部材を備えたことを特徴とする定着装置。
5. 円筒状ローラの形態を有し、搬送されるシートが外周面に圧接される定着部材と、
   上記定着部材を定着のための温度に加熱する加熱源とを備え、
   上記定着部材は、フッ素系樹脂からなる表面を有し、この表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であることを特徴とする定着装置。
6. 請求項５に記載の定着装置において、
   上記定着部材の上記表面は上記フッ素系樹脂のみからなることを特徴とする定着装置。
7. 請求項５に記載の定着装置において、
   上記定着部材は、基材と、この基材の外周面を覆うように設けられた、上記算術平均粗さをもつ表面を有する上記フッ素系樹脂からなるチューブによって形成されていることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１に記載の定着装置が備える上記一方の部材を製造する製造方法であって、
   円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、
   この基材の外周面を覆うようにフッ素系樹脂を表層として積層し、
   上記フッ素系樹脂の表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように荒らして、上記基材と上記フッ素系樹脂とを含む上記一方の部材を得ることを特徴とする製造方法。
9. 請求項１に記載の定着装置が備える上記一方の部材を製造する製造方法であって、
   平坦な表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
   上記チューブの表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように荒らし、
   円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付けて、上記基材と上記チューブとを含む上記一方の部材を得ることを特徴とする製造方法。
10. 請求項１に記載の定着装置が備える上記一方の部材を製造する製造方法であって、
    算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であるような表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
    円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付けて、上記基材と上記チューブとを含む上記一方の部材を得ることを特徴とする製造方法。
11. 請求項１に記載の定着装置が備える上記一方の部材を製造する製造方法であって、
    平坦な表面を有する円筒状ローラまたは無端ベルトの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を所定の粗さとなるように荒らし、
    平坦な表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
    上記基材の外周面に上記チューブを表層として取り付けて上記基材と上記チューブとを含む上記一方の部材を得るものであり、上記所定の粗さは、上記基材の外周面の形状が上記チューブの表面に反映することにより上記表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍとなるように決定されていることを特徴とする製造方法。
12. 請求項５に記載の定着装置が備える上記定着部材を製造する製造方法であって、
    円筒状ローラの形態を有する基材を用意し、
    この基材の外周面を覆うようにフッ素系樹脂を表層として積層し、
    上記フッ素系樹脂の表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように荒らして、上記基材と上記フッ素系樹脂とを含む上記定着部材を得ることを特徴とする製造方法。
13. 請求項５に記載の定着装置が備える上記定着部材を製造する製造方法であって、
    平坦な表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
    上記チューブの表面を、算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内になるように荒らし、
    円筒状ローラの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付けて、上記基材と上記チューブとを含む上記定着部材を得ることを特徴とする製造方法。
14. 請求項５に記載の定着装置が備える上記定着部材を製造する製造方法であって、
    算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍまでの範囲内であるような表面を有するフッ素系樹脂からなるチューブを押し出し成形によって形成し、
    円筒状ローラの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面を覆うように上記チューブを表層として取り付けて、上記基材と上記チューブとを含む上記定着部材を得ることを特徴とする製造方法。
15. 請求項５に記載の定着装置が備える上記定着部材を製造する製造方法であって、
    円筒状ローラの形態を有する基材を用意し、この基材の外周面は所定の粗さであり、
    上記基材の外周面に上記チューブを表層として取り付けて上記基材と上記チューブとを含む上記定着部材を得るものであり、上記所定の粗さは、上記基材の外周面の形状が上記チューブの表面に反映することにより上記表面の算術平均粗さが０．１μｍから１．３μｍとなるように決定されていることを特徴とする製造方法。
16. シートにトナーを付着させる画像形成部と、
    請求項１または５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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