JP2012163811A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱体表面の形状に凹凸を設けて加熱体の表層の汚れを防止し、定着性の向上、トルクの低減を図り、定着ローラの傷防止、および定着ローラ表層の磨耗を防止する画像加熱装置を提供する。
【解決手段】定着ローラ側の加熱体表面の三次元表面粗さの最大の表面凹凸高さＳｚを２〜８５μｍの範囲にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の記録材上に画像形成可能な画像形成装置に搭載される画像加熱装置に関する。画像加熱装置としては、記録材に形成された未定着画像を定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を向上させる光沢処理加熱装置等が挙げられる。

電子写真方式で用いられるトナーの定着装置（加熱装置）には、従来から熱ローラ方式、定着フィルム加熱方式などが知られている。近年では、更なる立ち上げ時間の短縮、高速化や低消費電力化のために、上記の定着方式に対して種々の改善が試みられている。一つとしては、加熱体を定着ローラ外表面に配置し、定着ローラの外表面のみを加熱する定着方式（以下、外部加熱定着方式と記す）が提案されている（特許文献１）。定着ローラの外表面のみを加熱することで、所定温度に立ち上げるまでの時間を短縮すると共に、消費電力を低減することが可能である。

また、この外部加熱定着方式の定着装置としては、加熱体を定着ローラ外表面に接触させる接触式と、ハロゲン加熱体などで接触せずに定着ローラの外表面を加熱する非接触式とに大別される。接触式の外部加熱定着装置は、セラミック加熱体などの熱源を直接定着ローラに接触させ熱を伝えるため非接触式に比べ、熱の伝搬効率が高い。更に、接触式の中には、定着ローラ外表面に加熱体を摺動させる摺動接触式と、加熱体が定着ローラ表面と共に回転移動する移動接触式に分けられる（特許文献２）。

摺動接触方式の外部加熱定着装置は、加熱体を定着ローラに接触させ加熱する接触加熱部を有しているため、加熱体と定着ローラとの挟持部上下側に紙紛やオフセットトナーなどの不要異物が汚れとして溜まる場合がある。また、その汚れが加熱体に固着することで汚れが定着ローラ表層を傷つける場合がある。また、定着ローラと加熱体が密着しながら摺動接触しているため、加熱体と定着ローラのとの摺擦で定着ローラ表層の磨耗が発生する場合がある。

それを回避するために、接触加熱部にクリーニングウェブを用い、接触加熱部の汚れが酷くなる前に接触加熱部の更新を行なう機構を設けたりしている。或いは、定着ローラの回転を正逆切り替えるなどで接触加熱部の汚れを吐き出すクリーニングモードを設けたりして接触加熱部に汚れが溜まらないようにし、接触加熱部の汚れにより発生する画像不良の防止を行なっている。

ところで、以上の従来技術とは別に、エンドレスの定着フィルムの外表面あるいは内表面に当接するように加熱体とその支持部材を設けた定着装置がある。即ち、定着フィルムを介した定着ローラと加圧ローラ、あるいは定着フィルムと加圧ローラとで形成されるニップ部で定着させるものである。前者は外部加熱定着方式である一方、後者は内部加熱定着方式となる。

この定着装置では、定着フィルムの外表面あるいは内表面と、加熱体の摺動層の表面との摺擦によって、トルクの高い状態が発生する可能性がある。その回避策として、摺擦部にグリースを塗布してトルクダウンを図っている。

特開２００３−１８６３２７号公報 特開２００２−２３６４２６号公報

しかしながら、前述したクリーニングウェブを用いた装置では、ウェブを巻いておく部品・領域が必要になり、かつ巻き取るための部材・領域が必要になり装置の大型化と共にコストが高い装置になる可能性がある。また、ウェブを巻き取る為の制御が装置の状況やプリントモードなどによって複雑になり、多くの制御を盛り込む必要性が生じ、さらにコストが高い装置になる可能性がある。また、モータの正逆回転を行なうことで装置にかかる負荷が増大し、装置の剛性を高くする必要があり、高価な部品を持いる必要が出てくる可能性がある。

また、エンドレスの定着フィルムを用いた装置では、長期間使用することでグリースの劣化が発生したり、定着フィルム内面の磨耗が発生する場合がある。そして、フィルム粉やグリースなどの不要異物が汚れとして溜まる場合がある。また、その汚れが定着フィルムに固着することで定着フィルムを傷つける場合がある。また、エンドレスの定着フィルムの外表面あるいは内表面と、加熱体の摺動層の表面との摺擦によって、トルクの高い状態が発生する装置も存在する。

本発明の目的は、加熱体の摺動層の表面形状を考慮することで、前述したコストアップや磨耗、傷の発生、トルク高を抑制し、画像加熱性能を向上させる画像加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係わる画像加熱装置の代表的な構成は、回転部材と、前記回転部材の表面に当接し前記回転部材を加熱する加熱体と、を有し、前記加熱体からの熱エネルギーを前記回転部材に接触する記録材であって画像を担持した記録材に前記回転部材を介して付与する画像加熱装置において、前記加熱体の前記表面に接する摺動層の表面領域に前記回転部材の回転に伴って不要異物がすり抜ける凹部を備えた凹凸構造を有し、前記凹凸構造の凸部による前記回転部材の表層への引っかき傷を抑制するように、前記凹凸構造における三次元表面粗さの最大の表面凹凸高さＳｚを、２μｍ≦ Ｓｚ ≦８５μｍ の範囲としたことを特徴とする。

本発明によれば、不要異物は凹凸構造の凹部ですり抜けることで蓄積しなくなり、凹凸構造の凸部による回転部材の表層への引っかき傷が抑制される。また加熱効率を保つように加熱体と回転部材との摺擦面積が減ることで、摺動部における摩擦抵抗が低くなりトルクの低減につながり、回転部材の表層の磨耗を抑制することができる。また、加熱体が回転部材に摺動する構成の場合は、摺擦のため、モータサイズが大きくなったり、トルク出力の高いモータが必要になったり、画像加熱装置自体が大型化したりする場合があるが、コスト高を生ずることなく改善を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像加熱装置の概略断面図である。 第１の実施形態に係る加熱体摺動層の凹凸構造を示す図である。 （ａ）乃至（ｆ）は加熱体摺動層がバンプ形状を備えた各凹凸構造を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は加熱体摺動層がスリット形状を備えた各凹凸構造を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は２次元的に配列されたバンプ形状を備える各凹凸構造を示す斜視図である。 摺動層の搬送方向における一部領域に凹凸構造を備えた実施形態の図である。 （ａ）乃至（ｆ）は長手方向が搬送方向に夫々異なる角度となるスリット形状を備えた各凹凸構造を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は加熱体摺動層の粗さが小さい場合、大きい場合を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は不要異物が加熱体摺動層に付着して回転部材に引っかき傷を発生させる場合、不要異物が加熱体摺動層から吐き出されて回転部材に引っかき傷を発生させない場合を示す図である。 （ａ）、（ｂ）はスリット形状を備えた各凹凸構造における不要異物が吐き出される現象のメカニズムを示した図である。 加圧部材として固定されたパッド部材を用いた実施形態の断面図である。 （ａ）乃至（ｃ）は定着フィルムを用いた第２、第３の実施形態を示す図である。 定着フィルムと加熱部材が接触する内面全域に塗布されるグリースの塗布範囲を示す図である。 不要異物が定着フィルム内部に進入した状況を示す図である。 本発明の画像加熱装置が搭載される画像形成装置の一例の概略断面図である。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
被加熱体である記録材Ｐ上の未定着トナー像を形成する画像形成装置を、図１５に示す概略図を用いて説明する。本実施形態における画像形成装置５０は、記録材搬送ベルト９上に担持した記録材Ｐ上に、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のトナー像を順次転写することで、一つの画像を形成する方式である。像担持体である感光ドラム１の周面には、回転方向（矢印Ｒ１方向）に沿って順に、帯電器２、レーザ光をドラム１に照射する露光装置３、現像器５、記録材搬送ベルト９を介して転写ローラ１０、および、感光ドラムクリーナー１６が配置されている。

まず、ドラム１は、その表面が帯電器２によって負極性に帯電される。次に帯電されたドラム１は、露光手段３の露光Ｌにより表面に静電潜像が形成（露光された部分は表面電位が上がる）される。１色目のイエロートナーが入った現像器５によって、ドラム１上の静電潜像部にトナーを付着させ、トナー像を形成する。本実施形態ではカラープリンタで記載しているが、画像形成装置はモノクロプリンタであってもよい。

一方、記録材搬送ベルト９は、二つの支持軸（駆動ローラ１２、テンションローラ１４）に支持され、図中矢印Ｒ４方向に回転する駆動ローラ１２によって、矢印Ｒ３方向に回転する。記録材Ｐは、給紙ローラ４によって給紙されると、正極性のバイアスが印加された吸着ローラ６によって帯電され、記録材搬送ベルト９上に静電吸着し搬送される。記録材Ｐが転写挟持Ｎ１に搬送されると、記録材搬送ベルト９に従動回転する転写ローラ１０に、不図示の電源から正極性の転写バイアスが印加され、ドラム１上のイエロートナー像は、転写挟持部Ｎ１において記録材Ｐ上に転写される。

転写後のドラム１は、弾性体ブレードを有する感光ドラムクリーナー１６によって表面の転写残トナーが除去される。以上の帯電、露光、現像、転写、クリーニングの一連の画像形成プロセスを、２色目マゼンタＭ３０、３色目シアンＣ３０、４色目ブラックＫ３０の各現像カートリッジについても順次行ない、記録材搬送ベルト９上の記録材Ｐに４色のトナー像を形成する。４色のトナー像を担持した記録材Ｐは、定着装置１００に搬送され、表面のトナー像の定着が行なわれる。

（定着装置）
次いで、図１に基づいて本実施形態の画像加熱装置である定着装置１００を説明する。本実施形態の定着装置１００は、上述のように立ち上げ時間の短縮や低消費電力化を目的とした摺動接触式の外部加熱定着装置である。図１は本実施形態における定着装置の概略断面図を示す。回転部材としての定着ローラ１１０の外周面には、加熱体として、加熱部材１１２を接触摺動させ、接触加熱部Ｎ１を形成している。一方、定着ローラ１１０と接触してニップ部を形成するバックアップ部材としての加圧ローラ１１１が定着ローラ１１０に接触し、定着挟持部Ｎ２を形成している。

定着ローラ１１０は、外径φ２０ｍｍであり、φ１２ｍｍの鉄製の芯金１１７の外側に、シリコーンゴムを発泡した厚さ４ｍｍの弾性層１１６（発泡ゴム）が形成されている。定着ローラ１１０は、熱容量が大きく、熱伝導率が大きいと、外表面から受ける熱が定着ローラ１１０内部へ吸収され易く、表面温度が上昇しにくくなる。すなわち、できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、定着ローラ１１０表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。

上記シリコーンゴムを発泡した発泡ゴムの熱伝導率は０．１１〜０．１６Ｗ／ｍ・Ｋであり、０．２５〜０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ程度のソリッドゴムよりも熱伝導率が低い。また、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが約１．０５〜１．３０であるのに対して、発泡ゴムが約０．７５〜０．８５であり、低熱容量でもある。従って、この発泡ゴムは、上記定着ローラ１１０の表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。さらに、弾性層１１６の上にそれよりも熱伝導率の高いゴム層を設ける構成においてもより熱効率がよい。そのため、本実施形態では熱伝導率の高いゴム層を設けた構成の定着ローラを用いた。

次に、弾性層１１６の上には、トナーの離型層として、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）からなる離型層１１８が形成されている。離型層１１８はチューブを被覆させたものでも表面を塗料でコートしたものであっても良いが、本実施形態では、耐久性の優れるチューブを使用した。離型層１１８の材質としては、ＰＦＡの他に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂や、離型性の良いフッ素ゴムやシリコーンゴム等を用いても良い。

定着ローラ１１０の表面硬度は、低ければ軽圧でも接触加熱部Ｎ１の幅が得られるが、低すぎると定着性が劣化するため、本実施形態では、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度（４．９Ｎ荷重）で、４０〜４５°とした。定着ローラ１１０は、不図示の回転手段により、図中矢印Ｒ２方向に、表面移動速度６０ｍｍ／ｓｅｃで回転するようになっている。この構成での加熱挟持Ｎ１の幅は２ｍｍである。

加圧ローラ１１１は、定着ローラ１１０の熱を奪わないように、低熱容量で低熱伝導率のものが好ましく、本実施形態では、定着ローラ１１０と同様の構成のものを用いた。外径はφ２０ｍｍであり、φ１２ｍｍの鉄製の芯金１２１の外側に、厚さ４ｍｍの発泡ゴム弾性層１２２が形成され、最表層にはＰＦＡからなる離型層１２３が設けられている。加圧ローラ１１１は、不図示の加圧ローラ加圧バネによって軸受け１２５を介し、図中矢印Ａ２方向に１４７Ｎの力で加圧され、幅７ｍｍの定着挟持Ｎ２を形成し、定着ローラ１１０に従動回転（図中矢印Ｒ３）する。

（摺動層を備えた加熱部材）
加熱部材１１２は、熱源である加熱体１１３を備え、加熱部材１１２は加熱部材支持部材である加熱体ホルダー１１９に保持され、加熱部材１１２が定着ローラ１１０と接触する部分には、加熱体摺動層１２０を設けている構成となっている。加熱部材１１２は、不図示の加圧バネによって図中矢印Ａ１方向に１１７．６ Ｎの力で加圧され、幅２ｍｍの接触加熱部Ｎ１が形成されている。

加熱体１１３は、幅１２ｍｍで厚さ１ｍｍのアルミナの基板表面に、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）の発熱体を基板中央部にスクリーン印刷により幅４ｍｍ、厚さ１０μｍ塗工し、その上に加熱体摺動層としてガラスを５０μｍの厚さで覆ったものを用いた。この加熱体１１３の加熱体摺動層１２０を直接定着ローラ１１０表面に接触させ、定着ローラ１１０表面を加熱している。この加熱体摺動層１２０は、定着ローラ１１０の表面にオフセットしたトナーが加熱部材１２０へ付着するのを抑制すると共に、定着ローラ１１０との摺動による摩擦力を低減させる。

加熱体摺動層１２０のガラス材の上にさらにトナーとの離型性に優れたＰＦＡや、摺動性に優れたＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を用いた摺動層（不図示）を設けるとなお良い。摺動層１２０は、厚すぎると加熱体１１３の熱が定着ローラ１１０に伝わりにくくなり定着性の妨げとなり、反対に薄すぎると摩擦により削られて耐久性が不足する。そのため、厚さは３０〜１００μｍ程度が好ましい。

また、摺動層１２０を直接定着ローラに接触させる替わりに、耐久性と表面性が良好なＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂がコートされたシート状部材を摺動層１２０と定着ローラ１１０との間に介在させても同様の効果が得られる。このシート状部材を用いた場合、加熱体１１３の上下流エッジ部を覆うように設置できるため、加熱体１１３のエッジから定着ローラ１１０を保護できる利点がある。本実施形態においては、摺動層１２０にはＰＦＡなどのコーティングを用いず、ガラスを直接接触摺動させ、加熱体の発熱体からの熱エネルギーを効率よく伝達させる構成とした。

本実施形態では、加熱体１１３の加熱体摺動層１２０の表面領域に形成される所定の凹凸構造に特徴をもたせたものである。この特徴については改めて別途後述し、引き続き定着装置の説明を行なう。加熱体１１３の背面には発熱体の発熱に応じて昇温したセラミック基板の裏の温度を検知するための温度検知素子１１５が配置されている。この温度検知素子１１５の信号に応じて、
搬送方向に直交する長手方向の端部にある不図示の電極部から発熱部に流す電流を適切に制御することで、加熱体１１３の温度を調整している。そして、加熱体１１３の熱は、接触加熱狭持部Ｎ１を介して、定着ローラ１１０の表面を加熱する。

未定着トナー像Ｔが転写された記録材Ｐが、不図示の搬送手段により、定着挟持部Ｎ２に搬送されると、定着ローラ１１０の表面の熱は、未定着トナー像Ｔと記録材Ｐに移り、記録材Ｐ表面にトナー像Ｔが定着され、長期に渡って固着されるようになる。

次いで、図２に摺動層１２０の表面の形状の一例について説明を行なう。本実施形態の加熱体の加熱体摺動層１２０には、形状は半径ｒ＝２００μｍの球体を半分にした半球状のガラスの塊１２９をガラス表面に一様に配置しており、そのガラスの塊を加熱体の摺動層１２０に付着させて、剥がれない状態にしている。この半球状の分散状態は半球の中心と半球の中心との距離Ｌを４００μｍ離して配置させている。この凹凸の表面部分は少なくとも定着ローラ１１０と加熱体１１３が摺動接触する領域に施している。

ガラスの塊１２９は、後述する本発明に特徴的な凹凸構造より大きな表面凹凸高さを備える第２の凹凸構造を形成することとなる。本発明に特徴的な凹凸構造は、後述するようにガラスの塊１２９の上にサンドブラスト処理等により形成される。

次に、図３乃至図５で摺動層１２０の表面形状として異なる形状を説明する。図３乃至図５に記載している加熱体は、それぞれ形状に応じてＢｎ（Ｂｕｍｐｓ−ｎ種類目）、Ｓｎ （Ｓｌｉｔ−ｎ種類目）、ＢＬｎ（Ｂｌａｓｔ−ｎ種類目）と呼ぶ。図３（ａ）は、突起物であるバンプ形状の種類Ｂ１である。半球はｒ＝１００μｍの球体を半分にカットしたもので、加熱体１１３の摺動層１２０の全領域に施している。半球と半球の間は３００μｍ離れており、半球と半球の裾野の間隔は図のように２００μｍ離れているようなバンプ形状をしている。

次に、図３（ｂ）は、バンプ形状の種類Ｂ２で、半球はｒ＝２００μｍの球体を半分にカットした状態のものを摺動層１２０の全領域に施している。半球と半球の間は３００μｍ離れており、半球と半球の裾野の間隔は図のように１００μｍ離れているようなバンプ形状をしている。次に、図３（ｃ）は、バンプ形状の種類Ｂ３である。半球はｒ＝３００μｍの球体を半分にカットした状態のものを摺動層１２０の全領域に施している。半球と半球の間は５００μｍ離れており、半球と半球の裾野の間隔は図のように２００μｍ離れているようなバンプ形状をしている。

次に、図３（ｄ）は、バンプ形状の種類Ｂ４である。半球はｒ＝３００μｍの球体を半分にカットした状態のものを摺動層１２０の全領域に施している。半球と半球の間は４００μｍ離れており、半球と半球の裾野の間隔は図のように１００μｍ離れているようなバンプ形状をしている。次に、図３（ｅ）は、バンプ形状の種類Ｂ５である。半球はｒ＝３００μｍの球体を半分にカットした状態のものを摺動層１２０の全領域に施している。半球と半球の間は５００μｍ離れており、半球と半球の裾野の間隔は図のように２００μｍ離れているようなバンプ形状をしている。

次に、図３（ｆ）は、バンプ形状の種類Ｂ６である。半球はｒ＝４００μｍの球体を半分にカットした状態のものを摺動層１２０の全領域に施している。半球と半球の間は５００μｍ離れており、半球と半球の裾野の間隔は図のように１００μｍ離れているようなバンプ形状をしている。

ここで、半球と半球の間は、定着部材の回転に伴って不要異物がすり抜けて吐き出されるように、逃げ道となっている。例えばスリット状の直線的な逃げ道や、後戻りすることなく搬送方向に順次進むような曲線形状の逃げ道が形成されている。

次に、図４（ａ）は、バンプ形状の替わりにスリット形状とした種類Ｓ１である。搬送方向に直交する方向の曲率半径はｒ＝２００μｍの円柱を縦方向に半分にカットした半円柱形状のものを摺動層１２０の全領域に施している。円柱の中心と隣の円柱との間は３００μｍ離れており、円柱と円柱との裾野の間隔は図のように１００μｍ離れているような形状をしている。次に、図４（ｂ）は、スリット形状の種類Ｓ２である。半球はｒ＝３００μｍの円柱を縦方向に半分にカットした状態のものを加熱体全領域に施している。円柱の中心と隣の円柱との間は４００μｍ離れており、円柱と円柱との裾野の間隔は図のように１００μｍ離れているような形状をしている。

（摺動層の表面粗さ）
図５（ａ）（ｂ）は、スリット形状の種類ＢＬ１、ＢＬ２の斜視図で、図４に示す略完成した加熱体の摺動層１２０がサンドブラスト（小粒径のアルミナなど硬い粉末を部材表面に吹き付けて表面を荒らす加工方法）を用いて表面が荒らされている。ここで、加熱体表面の粗し量をＳｚと定義している。このＳｚとは、二次元のＲｚを三次元に拡張したもので、最大のピーク（頂上）高さと最大のピット（窪底）深さの和で表される最大の表面凹凸高さを意味している。即ち、三次元表面粗さの最大の表面凹凸高さをＳｚとする。後述するが、本発明においてこのＳｚについては２〜８５μｍの範囲とすることを特徴とする。

このＳｚを測定する測定器としては、レーザーテック社の型番Ｓ１３０を用いて測定を行った。測定したエリアは１．４ｍｍ×１．０ｍｍの領域である。その結果、図４、図５に示したスリット形状の種類ＢＬ１、ＢＬ２の加熱体の表面粗さＳｚは、ＢＬ１が３．８μｍ、ＢＬ２が８９μｍであった。後述するように、ＢＬ１は好ましい形態となる一方、ＢＬ２は好ましくない形態となる。

なお、本実施形態では荒らした領域を摺動層側の全領域に行なったが、本発明の目的を達成する為には、図６のように少なくとも加熱体と定着ローラとの摺動接触する領域Ｒのみに荒らし形状を施すことで同様の効果を生ずる。

（摺動層の表面粗さと定着特性）
上記説明した表面状態の指標であるＳｚの異なる複数種の加熱体を用い，定着性、定着ユニットトルク、定着ローラ傷、定着ローラ表層磨耗、ヒータ汚れに関してそれぞれ比較評価を行った。以下に比較方法と結果を記載する。

まず定着性の測定条件として、本実施形態の画像形成装置を用い、雰囲気温度１５℃、湿度１０％とした。そして、記録材としては、トナーが記録材へ固着する様態を評価しやすい、表面性が良くなく定着のしにくいＦｏｘＲｉｖｅｒＰａｐｅｒ社のＦｏｘＲｉｖｅｒＢｏｎｄ７５ｇ／ｍ２を用い、サイズはＬＴＲを用いた。この条件で、さらに定着装置が測定室温に冷え切っている状態で電圧１２０Ｖ／５０Ｈｚを入力し、加熱体の抵抗値を２５Ω、つまり５７６Ｗを加熱体に入力して熱エネルギーを発生させる。

その後、加熱体裏面に配置した温度検知素子であるサーミスタで加熱体の温度を１９０℃に温調しながら連続プリントし、そのうち初期１枚目から５枚目の定着性を測定する。測定方法は、定着性評価前の濃度を測定し、測定画像を規定の回数摺擦し、摺擦し終わった時の濃度の低下率で定着性の評価を行なう。濃度測定は、マクベス社のＭａｃｂｅｔｈ濃度計を用い、測定画像パターンは６００ｄｐｉの画像において、３ｄｏｔ四方をトナーで埋めた画像を千鳥状に配置したものを用いる。

摺擦方法は、Ｎｉｋｏｎ社製のシルボン紙に２００ｇｆの加重をかけながら印字した千鳥格子画像を１０往復摺擦させる方法である。定着性の規格として、今回は１５％以内をＯＫとし、それより大きいものをＮＧとする。次に、定着ユニットトルクの測定方法は、定着ローラを印字の際の回転速度で回転駆動させ、そのときのトルク値を計測する。トルクの規格として、今回は１．５ｋｇｆ・ｃｍ以下をＯＫとし、それより大きいものをＮＧとする。

次に、定着ローラ傷は、同上の環境下において、記録材として表面性が粗く充填剤が複数種類入っているＦｏｘＲｉｖｅｒＰａｐｅｒ社のＦｏｘＲｉｖｅｒＢｏｎｄ７５ｇ／ｍ２でサイズがＬＴＲを連続でプリントする。そして、２００枚毎に記録材一面にトナーを載せた画像を印刷して、トナー画像に発生する画像不良、この場合、定着ローラ表面が異物などで発生した傷がトナー画像に転写される状態を確認する。プリント枚数は合計３０００００枚印字する。連続プリントを行なう際の画像は１ｄｏｔ２００ｓｐａｃｅの横線画像を印字する。傷の規格として、傷の無いものをＯＫとし、傷のあるものをＮＧとする。

次に表層磨耗は、上記定着ローラ傷の２００枚毎の定期サンプルの際に定着ローラ表層の膜厚を測定し、その膜厚変化状況をモニターする。磨耗の規格として、５μｍ以内をＯＫとし、それより多いものをＮＧとする。最後にヒータ汚れに関しても同様に２００枚毎の定期サンプルの際に加熱体表層の汚れ状態を確認して行なう。汚れの規格として、今回は汚れの滞留なしをＯＫとし、汚れがあった場合をＮＧとする。以上の条件のもとで比較した結果を下の表１に記載する。

以上のように本実施形態では表面粗さＳｚがＢシリーズのものにおいては２〜８５μｍ、Ｓシリーズでは６７μｍ、ＢＬシリーズでは３．８μｍと２〜８５μｍの表面粗さの加熱体において結果が「Ｇｏｏｄ」つまり、問題の発生が無いという状態となった。

次に、Ｓシリーズのスリット形状のものに関しては、記録材の搬送方向との関係が諸性能に影響するため、図７（ａ）〜（ｆ）のようにスリット長手方向と搬送方向との角度を変えて同様の比較を行なった。角度は以下の表２のように角度をつけたものをそれぞれＳθ１〜Ｓθ６とし、それぞれを０〜５０°の範囲で角度をつけたものである。ここでのＳθ１〜Ｓθ６は表１と同様に形状を変えることで表面粗さを変化させるようにして評価を行った。

上記表２は、各性能評価を表１のときと同じように実施した結果である。表２のようにスリット角度が０〜４５°の範囲で、且つ粗さが２〜２８μｍの範囲において結果がＧｏｏｄな状態にあることがわかる。Ｓθ６では、表面粗さが２μｍであるが、角度が大きすぎると良くない結果が出ているため、角度も大きいパラメータの一つであることが判る。

以上の様に、加熱体の摺動層１２０の表面粗さおよびスリットの角度のある範囲において良好な結果が得られるメカニズムに関して以下に説明を行なう。Ｓシリーズに関しては、角度は０〜４５°、表面粗さは前述した表１を含めて「２〜８５μｍ」の表面粗さが良いという、バンプ形状の場合と同じ結果になった。なお、ＢＬシリーズについては、表面粗さを表１以外の値に変えて確認を行ったが、Ｂｎシリーズと同様のＳｚの表面粗さの範囲が良いという結果が得られた。

定着性に関しては、表面性の良い、つまり表面粗さの小さい方が良好な結果となっているが、定着性は加熱体からの熱エネルギーをいかに定着ローラに伝達させるかで良否が決まっている。即ち、図８（ａ）のように加熱体摺動層の粗さが小さい場合には加熱体と定着ローラは密着するため、熱伝達が良くなる。一方、図８（ｂ）のように粗さが大きい場合は加熱体と定着ローラとの間に隙間が発生し、熱伝達を阻害する方向になる。

以上のことより、より多くの形状では図示しないが、表面粗さと形状を変えて評価を行っても、バンプ、スリット、及びブラストのいずれの場合においても「２〜８５μｍ」の表面粗さが良いという結果になった。

（各定着特性が現れたメカニズム）
以下に、これらの形状によって各定着性能が現れたメカニズムを説明する。まず、トルクが変動するメカニズムに関して説明を行なう。先の定着性でも述べたが、トルク値が大きくなる要因としては、加熱体１１３と定着ローラ１１０との摩擦抵抗が影響しており、この摩擦抵抗が大きくなるとトルク値は上昇する。本実施形態では、加熱体の表面粗さの大小によってトルク値に影響が現れることがわかる。加熱体摺動層１２０の表面粗さＳｚが小さい場合には、定着ローラ１１０との密着性が高くなり、その分摩擦抵抗が大きくなり、トルクも上昇するという現象が発生する。

一方、加熱体摺動層１２０の表面粗さＳｚが大きい場合は、摩擦抵抗が少なくなり、トルクが低くなる。本実施形態では、表面粗さＳｚが２μｍ以上であれば先に述べたトルクの規格値よりも小さい値にすることが可能となり、反対にそれ以下になると摩擦抵抗が大きくなりトルクが上昇する。

次に、定着ローラ１１０の磨耗や定着ローラ１１０の表層の削れ量に関して説明する。削れ量は、上記のトルクの変動と密接な関係があり、トルクが高い場合は、それだけ加熱体１１３の表面と定着ローラ１１０が密着していることを示しているため、定着ローラの表層磨耗が多い、つまり、つまり削れ量が多い傾向になる。反対にトルクが低い場合は定着ローラの表層磨耗が少ない、つまり削れ量が少ない傾向になる。

次に、定着ローラ１１０の傷の発生メカニズムを説明する。不要異物である紙紛やトナー固着による汚れが図９（ａ）のように摺動層１２０に付着すると、摺動層１２０と摺擦している定着ローラ１１０の表層に汚れＹによって引っかき傷Ｋが発生して、定着ローラ１１０の表層が傷つけられる。この現象は、表面粗さＳｚが小さい場合には不要異物のすり抜けが発生しないため、摺動層１２０に付着したままになるために発生する。一方、図９（ｂ）のような適度な粗さを摺動層１２０の表面にもたせた場合は、不要異物は摺動層１２０の凹部である定着ローラとの隙間を通過し、搬送し、吐き出されてしまう。これにより、摺動層１２０の表面には付着しないため、定着ローラ表層への引っかきが発生しない。

但し、表面粗さがあまりにも大きい場合は、図９（ｂ）のように摺動層１２０の凹凸構造の粗さの隙間から異物Ｙがすり抜けることで摺動層１２０への不要異物の引っかかりはなく、定着ローラ傷は防止できる。しかし、摺動層１２０の凸部である大きい粗さＡ部分が自ら定着ローラ表層にひっかき傷Ｋをつけてしまうことがある。よって、摺動層１２０の凹凸構造として表面粗さを大きくしすぎるのもよくない。

（スリットの角度）
次にスリットの角度について説明を行なう。図１０（ａ）のようにスリットの角度が０°の場合は加熱体表層に付着した紙紛やトナーなどの不要異物Ｙは定着ローラの回転に伴ってスムーズに運び出されて掻きだされる為、不要異物Ｙは加熱体表面には一切存在しない状態となる。しかし、その角度θを徐々に大きくしていくと図１０（ｂ）のように不要異物Ｙを塞き止める側の力が大きくなり加熱体表面へ不要異物の付着がおきやすくなる。つまり、傷に関しては、上記検討結果から角度θが０°〜４５°の範囲においては、不要異物の吐き出しが行なわれて、何の不都合は発生していないことがわかる。

即ち、角度θが４５°の場合は、スリット壁面に入射する不要異物Ｙがスリット壁面で反射して搬送方向と直交する側方向へ変位されて吐き出しが困難になると考えられる。また角度θが４５°を超えるとスリット壁面に入射する不要異物Ｙがスリット壁面で反射して搬送方向とは逆方向に戻されて吐き出しが困難になると考えられる。このため、角度θは４５°を超えないように設計されている。角度θが４５°を超えた領域では、不要異物Ｙのすりぬけが阻害されて、摺動層１２０の表面へ不要異物が付着してしまい、最終的に定着ローラ１１０の表層に傷が発生してしまう結果となる。

なお、本実施形態の構成は図１のような定着装置に限られない。例えば、加圧ローラ１１１の替わりに、図１１に示すような、ローラ部を固定する形式のパッド部材１５０を用い、パッド部材と定着ローラでニップ部を形成し、ニップ部に未定着トナー像を載せた記録材を搬送するような外部加熱定着装置でも同様の効果がある。さらにこの構成であれば、装置の肥大化を防止できたり、定着ユニットや装置全体のコストを低く抑えたりすることができる。

《第２の実施形態》
本実施形態は、図１２（ａ）のように外部加熱定着装置として摺動層１２０を備えた加熱部材１１２と定着ローラ１１０の間に回転するエンドレスの定着フィルムＦを介在させたことを特徴とする。即ち、加熱部材１１２と定着ローラ１１０の間に回転可能な定着フィルムＦを有し、加熱部材１１２は定着フィルムＦの内表面に当接すると共に回転部材である定着ローラ１１０の表面に定着フィルムＦを介して当接する。これにより、従来のフィルム系の定着ユニットよりも定着ユニットのトルク軽減や定着フィルムの傷を防止することができる。

ここで、回転可能なエンドレスフィルム（定着フィルム）Ｆの説明を図１２（ｂ）を用いて行なう。エンドレスフィルム（定着フィルム）Ｆの外径はφ１８で基層、中間層、表層と三層構造をしている。基層はポリイミドやポリアミドイミドなどの耐熱性があり、柔軟性を持つ樹脂を用いている。基層の厚みは６０μｍであり、回転に伴うストレスに耐え、定着フィルム破れなどの発生を防止できる厚みとしている。その基層の外側にカーボンを分散させ抵抗を低く抑え、定着フィルムの電位を調整している接着層を形成している。中間層の厚みは５μｍであり、抵抗調整と表層との接着性を向上させる目的で配置している。

最後に表層であるが、表層はＰＦＡやＰＴＦＥなどの離型性の良い樹脂を１０μｍ配置させている。表層は離型成の確保を目的としている。次に、定着フィルムＦと加熱部材１１２との間には摺動性を確保するためにフッ素グリースやシリコーングリースＧを塗布している。グリースの塗布領域は図１３のように加熱部材１１２と定着フィルムＦが接触する内面全域Ｚであり、塗布量は４００ｍｇで装置の寿命内で定着フィルムＦと加熱部材１１２との摺動性を確保する量を塗布している。

本実施形態では、加熱部材１１２が定着ローラ１１０と直接に摺動接触していないため、加熱領域での異物の停滞がなくなり、第１の実施形態に比べてより画像上に傷が発生しなくなる構成となる。また、第１の実施形態と比較して、定着ローラ１１０との接触摺擦部が無くなることで定着ローラ１１０を回転させるためのトルクや定着ローラ１１０の表層の傷の発生を少なくすることができる。しかしながら、画像形成装置の室内の状態が良くなく、異物やゴミ・ケバなどの浮遊部が舞っていたり、記録材表面上に不要異物が付着していたりする環境下においては、装置内に不要異物である浮遊物が舞い込むことがある。

さらには定着フィルムＦの内部に不要異物が進入してしまう場合がある。このような状況では、図１４のように前述した摺動グリースＧに不要異物Ｙが混在してしまうことが発生する。すると、定着フィルムＦの内部では、グリースＧは循環されるものの、不要異物は加熱体摺動層１２０と定着フィルムＦとの間に挟まってしまい、その位置で停滞してしまう状態になることがある。

この時、この不要異物Ｙによって、定着フィルムＦの内面を引っかくことがあり、定着フィルムＦの内面に傷がつき、定着フィルム強度が落ちて定着フィルムが破れるという不都合が発生してしまう場合がある。そして、傷が広範囲にわたった状態になると傷ついた部分と傷のつかなかった部分が長手方向に発生し、定着フィルムの膜厚ムラが発生し、定着ローラへ伝達する熱にムラが生じてしまい定着後の画像にスジ状の不良画像が発生してしまうことがある。

しかしながら、本実施形態では、第１の実施形態で述べた形状の加熱体摺動層１２０の凹凸構造を備えた加熱体を用いることで、定着フィルムＦの内表面に残留する不要異物による定着フィルムＦの内表面の傷を防止することができる。また、定着フィルムの強度ダウンを防止したり、さらには熱ムラを防止したりすることが可能となる。これについては、第１の実施形態について述べたメカニズムと同様である。

《第３の実施形態》
本実施形態は、図１２（ｃ）に示すようにエンドレスの定着フィルムＦの内表面に加熱部材１１２が当接し、加熱体からの熱エネルギーを定着フィルムＦを介して画像を担持した記録材Ｐに付与する内部加熱定着方式の定着装置である。ここで、第２の実施形態で述べたように、定着フィルムＦの内部に不要異物が進入してしまう場合がある。このような状況では、図１４のように前述した摺動グリースＧに不要異物Ｙが混在してしまうことが発生する。すると、定着フィルムＦの内部では、グリースＧは循環されるものの、不要異物は加熱体摺動層１２０と定着フィルムＦとの間に挟まってしまい、その位置で停滞してしまう状態になることがある。

この時、この不要異物Ｙによって、定着フィルムＦの内面を引っかくことがあり、定着フィルムＦの内面に傷がつき、定着フィルム強度が落ちて定着フィルムが破れるという不都合が発生してしまう場合がある。そして、傷が広範囲にわたった状態になると傷ついた部分と傷のつかなかった部分が長手方向に発生し、定着フィルムの膜厚ムラが発生し、定着ローラへ伝達する熱にムラが生じてしまい定着後の画像にスジ状の不良画像が発生してしまうことがある。

しかしながら、本実施形態では、第１の実施形態で述べた形状の加熱体摺動層１２０の凹凸構造を備えた加熱体を用いることで、定着フィルムＦの内表面に残留する不要異物による定着フィルムＦの内表面の傷を防止することができる。また、定着フィルムＦの強度ダウンを防止したり、さらには熱ムラを防止したりすることが可能となる。これについては、第１の実施形態について述べたメカニズムと同様である。

（変形例）
上述した実施形態では、本発明に係る凹凸構造は、より大きな表面凹凸高さを備えるガラスからなる第２の凹凸構造の上にサンドブラスト処理により付与したが、本発明はこれに限らない。サンドブラスト処理以外の表面処理を用いても良く、第２の凹凸構造をガラス以外の材質で形成しても良い。またガラス等からなる第２の凹凸構造を無くし、サンドブラスト処理により本発明に係る凹凸構造を第２の凹凸構造を介さずに直接付与しても良い。

１１９・・加熱体支持部材（フィルムガイド）、Ｆ・・定着フィルム、１１０・・定着ローラ、１１２・・加熱体、１１１・・加圧部材、１２０・・加熱体摺動層、１１５・・加熱体温度検知素子（サーミスター）、Ｐ・・記録材、Ｂ１〜Ｂ６・加熱体表層の模式図、Ｓ１〜Ｓ２・・加熱体表層の模式図、ＢＬ１〜ＢＬ２・・加熱体表層の模式図、ｒ・・半径、Ｙ・・トナーや紙紛などの異物、Ｋ・・定着ローラ上の傷

Claims (12)

1. 回転部材と、
   前記回転部材の表面に当接し前記回転部材を加熱する加熱体と、
   を有し、前記加熱体からの熱エネルギーを前記回転部材に接触する記録材であって画像を担持した記録材に前記回転部材を介して付与する画像加熱装置において、
   前記加熱体の前記表面に接する摺動層の表面領域に前記回転部材の回転に伴って不要異物がすり抜ける凹部を備えた凹凸構造を有し、
   前記凹凸構造の凸部による前記回転部材の表層への引っかき傷を抑制するように、前記凹凸構造における三次元表面粗さの最大の表面凹凸高さＳｚを、
   ２μｍ≦ Ｓｚ ≦８５μｍ の範囲としたことを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記回転部材が定着ローラであり、前記加熱体が前記定着ローラの外表面に当接することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記回転部材が定着フィルムであり、前記加熱体が前記定着フィルムの内表面に当接することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
4. 回転可能なエンドレスのフィルムと、
   前記エンドレスのフィルムの内表面に当接し前記エンドレスのフィルムを加熱する加熱体と、
   前記エンドレスのフィルムと当接する回転部材と、
   を有し、前記加熱体からの熱エネルギーを前記回転部材に接触する記録材であって画像を担持した記録材に前記エンドレスのフィルムおよび前記回転部材を介して付与する画像加熱装置において、
   前記加熱体の前記エンドレスのフィルムの内表面に接する摺動層の表面領域に前記エンドレスのフィルムの回転に伴って不要異物がすり抜ける凹部を備えた凹凸構造を有し、
   前記凹凸構造の凸部による前記エンドレスのフィルムの表層への引っかき傷を抑制するように、前記凹凸構造における三次元表面粗さの最大の表面凹凸高さＳｚを、
   ２μｍ≦ Ｓｚ ≦８５μｍ の範囲としたことを特徴とする画像加熱装置。
5. 前記凹凸構造は、より大きな表面凹凸高さを備える第２の凹凸構造の上に付与されたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
6. 前記第２の凹凸構造は凸部がガラスで形成され、その上に付与される前記凹凸構造はサンドブラスト処理がなされていることを特徴とする請求項５に記載の画像加熱装置。
7. 前記第２の凹凸構造は凸部が半球状からなるバンプ形状をしていることを特徴とする請求項５に記載の画像加熱装置。
8. 前記第２の凹凸構造は凸部が円柱を半分にした半円柱形状からなるスリット形状をしていることを特徴とする請求項５に記載の画像加熱装置。
9. 前記スリット形状の長手方向と前記記録材の搬送方向とのなす角度θは、
   ０≦θ≦４５°であることを特徴とする請求項８に記載の画像加熱装置。
10. 前記回転部材と接触してニップ部を形成するバックアップ部材を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
11. 前記バックアップ部材が回転可能な加圧ローラであることを特徴とする請求項１０に記載の画像加熱装置。
12. 前記バックアップ部材が回転しないパッド部材であることを特徴とする請求項１０に記載の画像加熱装置。