JP2014006506A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒状部材の長寿命化を図ることができる定着装置を提供する。
【解決手段】定着装置は、可撓性を有する定着ベルト１００（筒状部材）と、定着ベルト１００の内側に配置された第１定着部材と、第１定着部材との間で定着ベルト１００を挟む第２定着部材とを備える。定着ベルト１００は、金属製の素管１１０と、素管１１０の外周面に形成されたコート層とを有する。素管１１０の外周面は、定着ベルト１００と第２定着部材との間を搬送される用紙Ｓと対面する第１領域１１１の十点平均粗さが３μｍよりも大きく、用紙Ｓの幅方向における第１領域１１１の外側の第２領域１１２の十点平均粗さが３μｍ以下である。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録シートに現像剤像を熱定着するための定着装置に関する。

用紙などの記録シートに現像剤像を熱定着するための定着装置として、筒状の定着フィルムや、定着フィルムの内側に配置されたニップ板、ニップ板との間で定着フィルムを挟むことでニップ部を形成するバックアップローラなどを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、このような定着装置に用いられる定着フィルム（筒状部材）としては、金属などからなる素管と、素管の外周面に形成されたフッ素樹脂などからなるコート層とを有するものがある。

特開２０１２−５３１０５号公報

ところで、筒状部材のコート層は、用紙やバックアップローラなどとの摩擦によって摩耗する。特に用紙の端と接触する部分は、他の部分と比較して摩耗が早くなり、この部分のコート層が削られることで、当該部分からコート層が筒状部材の軸線方向に向けて剥がれやすくなる可能性がある。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、筒状部材の長寿命化を図ることができる定着装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するため、本発明の定着装置は、記録シートに現像剤像を熱定着するための定着装置であって、可撓性を有する筒状部材と、筒状部材の内側に配置された第１定着部材と、第１定着部材との間で筒状部材を挟む第２定着部材とを備える。
筒状部材は、金属製の素管と、素管の外周面に形成されたコート層とを有する。
素管の外周面は、筒状部材と第２定着部材との間を搬送される記録シートと対面する第１領域の十点平均粗さが３μｍよりも大きく、記録シートの幅方向における第１領域の外側の第２領域の十点平均粗さが３μｍ以下である。

この構成によれば、素管の外周面のうち、第１領域が第２領域よりも粗面であるため、第１領域とコート層との接触面積を大きくすることができる。これにより、素管（第１領域）とコート層との密着性を向上させることができるので、記録シートと接触するコート層の剥がれを抑制することができる。また、素管の外周面全体が粗面であると端部の凹凸が亀裂（割れ）の起点となりやすくなるが、素管の外周面のうち、第２領域（端部）が第１領域よりも平滑な面であるため、素管の端部割れを抑制することができる。このように、コート層の剥がれを抑制できたり、素管の端部割れを抑制できたりすることで、筒状部材の長寿命化を図ることができる。

前記した定着装置において、コート層は、フッ素樹脂の層とすることができる。

これによれば、熱定着時における筒状部材からの記録シートの剥離性を向上させることができるとともに、筒状部材に現像剤が付着することを抑制することができる。なお、筒状部材への現像剤の付着が抑制されることで、筒状部材に付着した現像剤が記録シートに再転写されることによる画像品質の低下を抑制することができる。

前記した定着装置において、素管の内周面は、十点平均粗さが第１領域の十点平均粗さよりも小さいことが望ましい。

本発明によれば、コート層の剥がれを抑制できたり、素管の端部割れを抑制できたりするので、筒状部材の長寿命化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る定着装置を備えたレーザプリンタの概略構成を示す図である。 定着装置の概略構成を示す図である。 定着ベルトの平面図である。 定着ベルトの縦断面図である。

次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、まず、本実施形態に係る定着装置８を備えたレーザプリンタ１（画像形成装置）と定着装置８の概略構成を簡単に説明した後、筒状部材の一例としての定着ベルト１００の詳細な構成や製造方法の例について説明する。

また、以下の説明において、方向は、レーザプリンタ１を使用するユーザを基準にした方向で説明する。すなわち、図１における右側を「前」、左側を「後」とし、手前側を「左」、奥側を「右」とする。また、図１における上下方向を「上下」とする。

＜レーザプリンタと定着装置の概略構成＞
図１に示すように、レーザプリンタ１は、本体筐体２内に、記録シートの一例としての用紙Ｓを供給するための給紙部３と、露光装置４と、用紙Ｓ上にトナー像（現像剤像）を転写するためのプロセスカートリッジ５と、用紙Ｓ上に転写されたトナー像を熱定着するための定着装置８とを主に備えている。

給紙部３は、本体筐体２内の下部に設けられ、給紙トレイ３１と、用紙押圧板３２と、給紙機構３３とを主に備えている。給紙トレイ３１に収容された用紙Ｓは、用紙押圧板３２によって上方に寄せられ、給紙機構３３によってプロセスカートリッジ５（感光体ドラム６１と転写ローラ６３との間）に向けて供給される。

露光装置４は、本体筐体２内の上部に配置され、図示しないレーザ発光部や、符号を省略して示すポリゴンミラー、レンズ、反射鏡などを備えている。この露光装置４では、レーザ発光部から出射される画像データに基づくレーザ光（鎖線参照）が、感光体ドラム６１の表面で高速走査されることで、感光体ドラム６１の表面を露光する。

プロセスカートリッジ５は、露光装置４の下方に配置され、本体筐体２に設けられたフロントカバー２１を開いたときにできる開口から本体筐体２に対して着脱可能に装着される構成となっている。このプロセスカートリッジ５は、ドラムユニット６と、現像ユニット７とから構成されている。

ドラムユニット６は、感光体ドラム６１と、帯電器６２と、転写ローラ６３とを主に備えている。また、現像ユニット７は、ドラムユニット６に対して着脱可能に装着される構成となっており、現像ローラ７１と、供給ローラ７２と、層厚規制ブレード７３と、トナー（現像剤）を収容するトナー収容部７４とを主に備えている。

このプロセスカートリッジ５では、感光体ドラム６１の表面が、帯電器６２により一様に帯電された後、露光装置４からのレーザ光の高速走査によって露光されることで、感光体ドラム６１上に画像データに基づく静電潜像が形成される。また、トナー収容部７４内のトナーは、供給ローラ７２を介して現像ローラ７１に供給され、現像ローラ７１と層厚規制ブレード７３の間に進入して一定厚さの薄層として現像ローラ７１上に担持される。

現像ローラ７１上に担持されたトナーは、現像ローラ７１から感光体ドラム６１上に形成された静電潜像に供給される。これにより、静電潜像が可視像化され、感光体ドラム６１上にトナー像が形成される。その後、感光体ドラム６１と転写ローラ６３の間を用紙Ｓが搬送されることで感光体ドラム６１上のトナー像が用紙Ｓ上に転写される。

定着装置８は、プロセスカートリッジ５の後方に配置され、図２に示すように、定着ベルト１００と、ハロゲンランプ８２（熱源）と、第１定着部材の一例としてのニップ板８３と、反射部材８４と、第２定着部材の一例としてのバックアップローラ８５と、ステイ８６とを主に備えている。

定着ベルト１００は、耐熱性と可撓性を有する無端状（筒状）のベルトであり、その両端部が図示しないガイド部材により回転が案内されている。
ハロゲンランプ８２は、通電によって発熱してニップ板８３および定着ベルト１００を加熱することで用紙Ｓ上に転写されたトナーを加熱するヒータであり、定着ベルト１００の内側に配置されている。

ニップ板８３は、ハロゲンランプ８２からの輻射熱を受ける板状の部材であり、定着ベルト１００の内側において定着ベルト１００（素管１１０）の内周面１１３に摺接するように配置されている。このニップ板８３は、ハロゲンランプ８２から受けた輻射熱を定着ベルト１００を介して用紙Ｓ上のトナーに伝達するため、熱伝導率が大きい、例えば、アルミニウム板などから形成されている。

反射部材８４は、ハロゲンランプ８２からの輻射熱をニップ板８３に向けて反射する部材であり、定着ベルト１００の内側でハロゲンランプ８２を取り囲むように配置されている。この反射部材８４は、赤外線および遠赤外線の反射率が大きい、例えば、アルミニウム板などを断面視略Ｕ形状に湾曲させて形成されている。

バックアップローラ８５は、定着ベルト１００を介してニップ板８３との間で用紙Ｓを搬送するローラであり、ニップ板８３との間で定着ベルト１００を挟むようにしてニップ板８３の下方に配置されている。このバックアップローラ８５は、本体筐体２内に設けられた図示しないモータから駆動力が伝達されることで回転駆動し、このときの定着ベルト１００（または用紙Ｓ）との摩擦力により定着ベルト１００を従動回転させる。

ステイ８６は、ニップ板８３を反射部材８４を介して支持することでバックアップローラ８５から荷重が加わるニップ板８３の剛性を確保する部材であり、反射部材８４を覆うように配置されている。このステイ８６は、比較的剛性が大きい、例えば、鋼板などを折り曲げることで形成されている。

この定着装置８では、トナー像が転写された用紙Ｓが加熱された定着ベルト１００とバックアップローラ８５との間を搬送されることで、トナー像（トナー）が用紙Ｓ上に熱定着される。トナー像が熱定着された用紙Ｓは、図１に示すように、搬送ローラ２３，２４によって排紙トレイ２２上に排出される。

＜定着ベルトの詳細構成＞
図３および図４に示すように、定着ベルト１００（筒状部材）は、素管１１０と、素管１１０の外周面に形成されたコート層１２０とを主に有して構成されている。

素管１１０は、ステンレス綱などの金属から、周方向に無端で左右方向に長い円筒形状に形成されている。この素管１１０は、外周面に、十点平均粗さ（表面粗さ）が異なる、第１領域１１１と、一対の第２領域１１２とを有している。

第１領域１１１は、定着ベルト１００とバックアップローラ８５との間を搬送される用紙Ｓと対面する領域である。本実施形態において、第１領域１１１は、レーザプリンタ１で画像形成が可能な（定着装置８で搬送可能な）最大サイズの用紙Ｓの幅（左右方向の長さ）よりも若干幅広に形成されている。
第２領域１１２は、用紙Ｓの幅方向（左右方向）における第１領域１１１の外側の領域、具体的には、素管１１０の外周面の左右両端の領域である。

一例として、素管１１０の幅（左右方向の長さ）が２３８ｍｍである場合、第１領域１１１の幅は２２６ｍｍ、一対の第２領域１１２の幅はそれぞれ６ｍｍとすることができる。

第１領域１１１は、十点平均粗さが３μｍよりも大きく、第２領域１１２は、十点平均粗さが３μｍ以下となっている。すなわち、素管１１０の外周面は、左右両端（第２領域１１２）から中央（第１領域１１１）に向けて、第２領域１１２、第１領域１１１の順に表面粗さが粗くなっている。

第１領域１１１の十点平均粗さは３μｍよりも大きく５μｍ以下が望ましく、第２領域１１２の十点平均粗さは１μｍ以上３μｍ以下が望ましい。一例として、第１領域１１１の十点平均粗さは３μｍ、第２領域１１２の十点平均粗さは１μｍとすることができる。なお、十点平均粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１のＲｚｊｉｓに対応し、粗さの値は、表面粗さ測定機（Roughness measuring machine） Ｓｕｒｆｃｏｍ １３０Ａ（株式会社東京精密製）を用いて測定したものである。

素管１１０の内周面１１３は、十点平均粗さが第１領域１１１の十点平均粗さよりも小さくなっている。すなわち、素管１１０の内周面１１３は、第１領域１１１よりも表面粗さが滑らかになっている。一例として、内周面１１３の十点平均粗さは１．６μｍ以下とすることができる。

コート層１２０は、フッ素樹脂から形成された層であり、素管１１０の外周面の全体、すなわち、第１領域１１１および第２領域１１２を覆うように形成されている。このようなフッ素樹脂製のコート層１２０が形成されていることで、熱定着時における定着ベルト１００からの用紙Ｓの剥離性を向上させることができる。また、定着ベルト１００にトナーが付着することを抑制できるので、定着ベルト１００に付着したトナーが用紙Ｓに再転写されることによる画像品質の低下を抑制することができる。

以上のように、素管１１０の外周面のうち、用紙Ｓと対面する第１領域１１１が第２領域１１２よりも粗面であることで、図４に示すように、第１領域１１１とコート層１２０との接触面積を大きくすることができ、第１領域１１１とコート層１２０との密着性を向上させることができる。これにより、用紙Ｓと接触するコート層１２０の剥がれを抑制することができる。一方、素管１１０の両端である第２領域１１２が第１領域１１１よりも平滑な面であることで、素管１１０の両端には亀裂（割れ）の起点となりうる凹凸が少ないため、素管１１０の端部割れを抑制することができる。このように、素管１１０の外周面のうち、第１領域１１１が粗面であり、第２領域１１２が平滑な面であることで、コート層１２０の剥がれを抑制できたり、素管１１０の端部割れを抑制できたりするので、定着ベルト１００の長寿命化を図ることが可能となる。

次に、定着ベルト１００の製造方法、具体的には、外周面の表面粗さが領域（部位）によって異なる素管１１０の製造方法の２つの例について簡単に説明する。

第１の例の製造方法は、ブラスト処理により素管１１０の外周面に凹凸を形成する（素管１１０の外周面を粗化する）方法である。

具体的には、まず、外周面全体の十点平均粗さが３μｍ以下となるように作製した金属製の素管１１０の両端に、例えば、ゴムなどからなる有底筒状のマスク部材を取り付ける。このマスク部材は、素管１１０の第２領域１１２となる部分を完全に覆う。

次に、マスク部材を取り付けた素管１１０を回転させながら、その外周面（外部に露出している第１領域１１１となる部分）に向けて樹脂製や金属製などのビーズを高速度で噴きつける。このときのビーズの材質や大きさ（径）、噴きつける速度などは、第１領域１１１の十点平均粗さが３μｍよりも大きくなるように適宜設定する。これにより、高速度で噴きつけられたビーズが、第１領域１１１に衝突することで第１領域１１１に凹凸が形成され、第１領域１１１の十点平均粗さが３μｍよりも大きくなる。また、第２領域１１２は、マスク部材に完全に覆われている（マスキングされている）ので、十点平均粗さが３μｍ以下となる（十点平均粗さが３μｍ以下に維持される）。

以上のような、ブラスト処理により、第１領域１１１の十点平均粗さが３μｍよりも大きく、第２領域１１２の十点平均粗さが３μｍ以下である素管１１０を製造することができる。

第２の例の製造方法は、エッチング処理により素管１１０の外周面に凹凸を形成する（素管１１０の外周面を粗化する）方法である。

具体的には、まず、外周面全体の十点平均粗さが３μｍ以下となるように作製した金属製の素管１１０の外周面にエッチング用のマスクを形成する。このマスクは、第２領域１１２となる部分を完全に覆うとともに、第１領域１１１となる部分を覆う部分に第１領域１１１の十点平均粗さが３μｍよりも大きくなるような径やパターンなどの複数の穴を有しており、当該穴を通して第１領域となる部分の一部がエッチング用の処理液に接触するように形成されている。

次に、上記のようなマスクを形成した素管１１０を所定時間、処理液に漬ける。これにより、素管１１０の外周面のうち、マスクの穴を通して処理液と接触する部分の表層が溶解侵食し、素管１１０の外周面に凹部が形成される。これにより、第１領域１１１に凹凸が形成され、第１領域１１１の十点平均粗さが３μｍよりも大きくなる。また、第２領域１１２は、マスクに完全に覆われている（マスキングされている）ので、十点平均粗さが３μｍ以下となる（十点平均粗さが３μｍ以下に維持される）。

そして、所定時間経過後、素管１１０を処理液から取り出す（なお、必要に応じて、素管１１０の外周面からマスクを除去してもよい）。これにより、第１領域１１１の十点平均粗さが３μｍよりも大きく、第２領域１１２の十点平均粗さが３μｍ以下である素管１１０を製造することができる。

なお、前記したブラスト処理による製造方法では、素管１１０が薄い場合、外周面へのビーズの衝突によって内周面１１３にも凹凸ができる可能性があるが、エッチング処理では、素管１１０の内周面１１３に処理液が流れ込まない（触れない）ように処理をすることで、内周面１１３に凹凸が形成されることを防止することができる。すなわち、エッチング処理によれば、ブラスト処理による場合よりも素管１１０の内周面１１３の表面粗さを維持することが容易であるという利点がある。素管１１０の内周面１１３が平滑であると、そうでない場合と比較して、素管１１０（定着ベルト１００）の内周面１１３とニップ板８３との接触面積を確保できるので、ニップ板８３がハロゲンランプ８２から受けた熱を効率良く定着ベルト１００に伝達することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

前記実施形態では、図３に示したように、左右の第２領域１１２の幅が同じ幅である構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、左右の第２領域の幅は互いに異なる幅であってもよい。また、第１領域は、表面粗さが略均一に形成されていてもよいし、記録シートの幅方向両端とコート層との接触面積をより大きくするため、両端が中央よりも粗くなるように形成されていてもよい。また、第２領域は、凹凸がほとんどない平滑面として形成されていてもよいし、若干の凹凸を有する面として形成されていてもよい。

前記実施形態では、コート層１２０がフッ素樹脂から形成されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、コート層は、ゴムなどから形成された弾性を有する層であってもよい。

前記実施形態では、第１領域１１１が、ブラスト処理やエッチング処理により、十点平均粗さが３μｍよりも大きくなるように形成され、第２領域１１２が、ブラスト処理またはエッチング処理のときにマスキングされていることで、十点平均粗さが３μｍ以下に形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１領域は、素管を、外周面全体の十点平均粗さが３μｍよりも大きくなるように作製することで形成してもよい。また、第２領域は、外周面全体の十点平均粗さが３μｍよりも大きくなるように作製した素管の両端（第２領域となる部分）を、十点平均粗さが３μｍ以下となるように研磨処理することなどによって形成してもよい。

前記実施形態では、第１定着部材としてニップ板８３を例示し、第２定着部材としてバックアップローラ８５を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１定着部材は、熱源としてのセラミックヒータを支持しつつ、回転する筒状部材の内周面をガイドするガイド部材などであってもよい。また、第２定着部材は、ベルト状のバックアップ部材や、回転駆動しない板状のバックアップ部材などであってもよい。

前記実施形態では、記録シートとして、普通紙やはがきなどの用紙Ｓを例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＯＨＰシートなどであってもよい。

前記実施形態では、本発明の定着装置を備える画像形成装置として、モノクロの画像を形成するレーザプリンタ１を例示したが、これに限定されず、例えば、カラーの画像を形成するプリンタであってもよい。また、画像形成装置は、プリンタに限定されず、例えば、フラットベッドスキャナなどの原稿読取装置を備える複写機や複合機などであってもよい。

８ 定着装置
８３ ニップ板
８５ バックアップローラ
１００ 定着ベルト
１１０ 素管
１１１ 第１領域
１１２ 第２領域
１１３ 内周面
１２０ コート層
Ｓ 用紙

Claims (3)

1. 記録シートに現像剤像を熱定着するための定着装置であって、
   可撓性を有する筒状部材と、
   前記筒状部材の内側に配置された第１定着部材と、
   前記第１定着部材との間で前記筒状部材を挟む第２定着部材と、を備え、
   前記筒状部材は、金属製の素管と、前記素管の外周面に形成されたコート層とを有し、
   前記素管の外周面は、前記筒状部材と前記第２定着部材との間を搬送される記録シートと対面する第１領域の十点平均粗さが３μｍよりも大きく、記録シートの幅方向における前記第１領域の外側の第２領域の十点平均粗さが３μｍ以下であることを特徴とする定着装置。
2. 前記コート層は、フッ素樹脂の層であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記素管の内周面は、十点平均粗さが前記第１領域の十点平均粗さよりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。

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