JP2014215490A

JP2014215490A - 定着部材、定着装置および画像形成装置

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Publication number: JP2014215490A
Application number: JP2013093442A
Authority: JP
Inventors: 由康谷岡; Yoshiyasu Tanioka
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2014-11-17

Abstract

【課題】本構成を有しない場合に比べ、最表面のフッ素系樹脂チューブの折り目部における画像乱れが抑制される定着ロールを提供する。【解決手段】定着ロール１０は、芯金１２、表面に凹凸が設けられ表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．２５μｍ以下のフッ素系樹脂チューブからなる表面層１６と、表面層１６と芯金１２の間に設けられた弾性層１４と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、定着部材、定着装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体（感光体ドラム）を一様に帯電し、この感光体ドラムを画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体ドラム上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像（トナー像）とし、このトナー像を感光体ドラム上から記録紙に転写した後、定着装置によってこのトナー像を記録紙に定着している。

かかる画像形成装置に用いられる定着装置として、例えば、円筒状の芯金の内部に加熱源を備え、その芯金に耐熱性弾性体層と、その外周面に離型層とが積層して形成された定着ロールと、この定着ロールに対して圧接配置され、芯金に耐熱性弾性体層と、その外周面に耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層とが積層して形成された加圧ロールとで構成されている。そして、定着ロールと加圧ロールとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体（例えば、記録紙）を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録媒体にトナー像を定着している。このような定着装置に用いられる定着部材は、表層にたとえばフッ素樹脂チューブを用いて製造される（例えば、特許文献１）。

ところで、定着ロールの最表面に設けられる離型層に、フッ素系樹脂チューブを適用した定着ロールが開発されている。ここで、フッ素系樹脂チューブの内面には、耐熱性弾性体層と固着するためのアンカーとしての凹凸面が形成される。例えば、図３に示すように、フッ素系樹脂チューブ３０の内面に、エッチング液を注入し、次いで、フッ素系樹脂チューブ３０をつぶしたりしごいたり、あるいはその両方を行うことで、フッ素系樹脂チューブ３０の内面全域にエッチング液を馴染ませ、その内面に凹凸面が形成されたエッチング加工されたフッ素系樹脂チューブ３２を作製する。得られたエッチング加工されたフッ素系樹脂チューブ３２は、図４に示すように、対向する２本の折り目部３２ａ，３２ｂが形成される。

特に、２本の折り目部が大きな折れ目になっているような、エッチング加工されたチューブを、例えば定着ロールの最表面として用いると、折れ目部に相当する箇所に画像乱れが生じる場合があると考えられる。

特開２０１０−０９７０８７号公報

本発明の目的は、上述のようなしごき工程を経て内面にエッチング加工されたフッ素系樹脂チューブを最表面に使用した定着部材を用いた場合であっても、定着部材が回転して定着する際に、定着部材の最表面の折れ目部分に相当する箇所の画像乱れを目立ちにくくさせる定着部材、それを用いた定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下に示す本発明に至った。

（１）管状体の最表面に、内周面側の表面に少なくとも凹凸が設けられ表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．２５μｍ以下のフッ素系樹脂チューブからなる表面層が設けられた定着部材である。

（２）前記定着部材は、芯金と、内周面側の表面に凹凸が設けられ表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．２５μｍ以下のフッ素系樹脂チューブからなる表面層と、前記表面層と芯金の間に設けられた弾性層と、を有する定着ロールである、上記（１）に記載の定着部材である。

（３）前記定着部材は、内周面側の表面に凹凸が設けられ表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．２５μｍ以下のフッ素系樹脂チューブからなる表面層と、前記表面層が積層されるベース層と、を有する定着ベルトである、上記（１）に記載の定着部材である。

（４）回転可能な定着部材と、前記回転可能な定着部材に接触しながら回転可能な加圧部材と、を有し、前記定着部材が、上記（１）から（３）のいずれか１つである、定着装置である。

（５）像保持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を静電荷像現像用現像剤を用いて現像する現像手段と、現像されたトナー画像を中間転写体を介してまたは介さずに被転写体上に転写する転写手段と、前記被転写体上のトナー画像を定着する定着手段と、を含む画像形成装置であり、前記定着手段が、上記（４）に記載の定着装置からなる、画像形成装置である。

本願請求項１に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、最表面のフッ素系樹脂チューブの折り目部における画像乱れが目立ちにくくなる。

本願請求項２に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、最表面のフッ素系樹脂チューブの折り目部における画像乱れが目立ちにくくなる。

本願請求項３に記載の発明によれば、構成を有しない場合に比べ、最表面のフッ素系樹脂チューブの折り目部における画像乱れが目立ちにくくなる。

本願請求項４に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、定着部材の最表面層のフッ素系樹脂チューブの折れ目部由来の画像乱れが目立ちにくい定着装置が得られる。

本願請求項５に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、定着部材の最表面層のフッ素系樹脂チューブの折れ目部由来の画像乱れが目立ちにくい定着装置を有する画像形成装置が得られる。

本発明における定着部材の一種の定着ロールの構成の一例を示す概略構成図である。本発明における定着部材の一種の定着ベルトの構成の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態における定着部材の最表面に用いるフッ素系樹脂チューブの内面エッチング加工の一例を説明する図である。図３に示すエッチング加工の際に形成される折り目部を説明する図である。本発明における定着部材の製造方法の一例を説明する概略工程図である。本発明における定着部材の最表面のフッ素系樹脂チューブの表面に凹凸形成を行う構成の一例を示す概略断面図である。本発明における画像形成装置の構成の一例を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態における、定着部材、定着装置および画像形成装置について、以下に説明する。

［定着部材］
本実施の形態における定着部材としては、図１に示す定着ロールと図２に示す定着ベルトが挙げられる。

＜定着ロール＞
図１に示す定着ロール１０は、芯金１２と、表面に凹凸が設けられ表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．２５μｍ以下のフッ素系樹脂チューブからなる表面層１６と、表面層１６と芯金１２の間に設けられた弾性層１４と、を有する。

定着ロール１０では、芯金１２は、鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の熱伝導率の高い金属で形成された円筒体で構成されている。芯金１２の外径および肉厚は、例えば、アルミの場合で０．７ｍｍ以上３ｍｍ以下、ＳＵＳや鉄の場合は０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下程度である。

定着ロール１０の弾性層１４は、例えば、シリコーン樹脂から成るシリコーンゴムからなる。

定着ロールの１０の表面層１６は、フッ素系樹脂からなるチューブから構成される。ここで、フッ素系樹脂としては、例えば、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共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）や、それらの複合材料、又それらの樹脂に炭化ケイ素やアルミナ、硫酸バリウムのようなフィラーを配合したものが使用される。ここで、トナーの離型性を考慮すると、ＰＦＡから成るチューブが好ましい。また、フッ素系樹脂チューブの厚みとしては、熱伝導性や製造コストと耐久性の観点から、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上４０μｍ以下である。

また、表面層１６に用いるフッ素系樹脂チューブは、その内面に、弾性層１４と固着するためのアンカーとしての凹凸面が形成される。例えば、図３に示すように、フッ素系樹脂チューブ３０の内面に、エッチング液を注入し、次いで、フッ素系樹脂チューブ３０をつぶしたりしごいたり、あるいはその両方を行うことで、フッ素系樹脂チューブ３０の内面全体にエッチング液を馴染ませ、その内面に凹凸面が形成されたエッチング加工されたフッ素系樹脂チューブ３２を作製する。得られたエッチング加工されたフッ素系樹脂チューブ３２は、図４に示すように、対向する２本の折り目部３２ａ，３２ｂが形成される。この折れ目部３２ａ，３２ｂの凸部は、例えば最大１μｍであり、通常のフッ素系樹脂チューブ３２の外表面の表面粗さＲａが０．０５μｍであるのに対して、画像に乱れが生じやすい程度の凸部になっている。ここで、表面粗さＲａは、「算術平均粗さＲａ」ともいい、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軸取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ(ｘ)で表したときに、次の式によって求められる値をマイクロメートル(μｍ)で表したものをいう。

そこで、図６に示すように、金属製の円筒体であるスリーブ４０の内周面４２に、予め表面粗さＲａが０．４μｍ以上０．５μｍ以下の凹凸を形成し、このスリーブ４０の内面に、エッチング加工されたフッ素系樹脂チューブ３２（以下「チューブ３２」ともいう）を内装し、チューブ３２の両端部をスリーブ４０の外周に折り返して装着する。次いで、図５に示すように、チューブ３２が内装されたスリーブ４０を、ボトムキャップ５２内に設けられたリング５０に押し当てて装着する。さらに、スリーブ４０の円筒内に、センターシャフト６０を挿入し、且つ、リング５０の内周面を貫通してボトムキャップ５２内に挿入し、次いで、チューブ３２とセンターシャフト６０との間に、例えばアルミコアからなる芯金１２を挿入する。次に、芯金１２およびセンターシャフト６０を固定するためにアッパーキャップ５４を上部に装着し、ナット５６でアッパーキャップ５４とセンターシャフト６０を固定する。次いで、スリーブ４０の内面に装着されたチューブ３２と芯金１２との空間に、樹脂導入口８０を介して、弾性層を形成するためのシリコーン樹脂９０を圧入していく。さらに、センターシャフト６０に設けられたヒータを介して、シリコーン樹脂を加熱することでシリコーンゴムから成る弾性層が形成され、また、シリコーンゴム樹脂の圧入および加熱により、スリーブ４０の内面の凹凸がチューブ３２の外周面に転写される。なお、転写効率は、樹脂の圧入および加熱に応じて、最大７０％であることから、得られた定着ロールの表面層は、表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．３μｍ以下、好ましくは、０．１５μｍ以上０．２５μｍ以下である。

＜定着ベルト＞
図２に示す定着ベルト２０、表面に凹凸が設けられ表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．２５μｍ以下のフッ素系樹脂チューブからなる表面層２６と、表面層２６が積層されるベース層２４と、を有する。

定着ベルト２０は、出力画像に継ぎ目に起因する欠陥が生じないように、例えば、原形が直径１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の円筒形状に形成された継ぎ目がない無端ベルトであり、定着ベルト２０のベース層２４は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等のポリマーやＳＵＳやニッケル合金等の薄膜金属により形成され、その厚みは、ポリマーの場合で３０μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以上１２５μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下程度であり、薄膜金属の場合には、１０μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは、２０μｍ以上５０μｍ以下である。ベース層の表面に被覆される表面層２６としては、フッ素系樹脂チューブ、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰや、それらの複合材料、又それらの樹脂にカーボンやアルミナ、硫酸バリウムのようなフィラーを配合したチューブ状のもので形成され、その厚みは５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上４０μｍ以下程度である。

定着ベルト２０の表面層２６に用いるフッ素系樹脂チューブは、定着ロール１０にて説明したように、内周面にエッチング加工された後、図５，６に示すように、スリーブ４０にエッチング加工されたフッ素系樹脂チューブを内装される。そして、チューブ３２とセンターシャフト６０との間に、フッ素樹脂またはシリコーン樹脂が塗布された芯金１２を装着後に、樹脂導入口８０を介してポリイミド前駆体等を圧入し、センターシャフト６０内のヒータを用いて加熱硬化させてポリイミドから成るベース層を形成するとともに、スリーブ４０の内面の凹凸がチューブ３２の周面に転写することで、得られた定着ベルトの表面層２６は、表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．３μｍ以下、好ましくは、０．１５μｍ以上０．２５μｍ以下になる。この後、芯金１２をベース層２４から外すことで、定着ベルト２０が作製される。

［画像形成装置］
次に、本実施の形態の画像形成装置について説明する。

図７は、本実施の形態の画像形成方法により画像を形成するための、画像形成装置の構成例を示す概略図である。図示した画像形成装置２００は、ハウジング４００内において４つの電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄが中間転写ベルト４０９に沿って相互に並列に配置されている。電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄは、例えば、電子写真感光体４０１ａがイエロー、電子写真感光体４０１ｂがマゼンタ、電子写真感光体４０１ｃがシアン、電子写真感光体４０１ｄがブラックの色からなる画像をそれぞれ形成することが可能である。

電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄのそれぞれは所定の方向（紙面上は反時計回り）に回転可能であり、その回転方向に沿って帯電ロール４０２ａ〜４０２ｄ、現像装置４０４ａ〜４０４ｄ、１次転写ロール４１０ａ〜４１０ｄ、クリーニングブレード４１５ａ〜４１５ｄが配置されている。現像装置４０４ａ〜４０４ｄのそれぞれにはトナーカートリッジ４０５ａ〜４０５ｄに収容されたブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの４色のトナーが供給可能であり、また、１次転写ロール４１０ａ〜４１０ｄはそれぞれ中間転写ベルト４０９を介して電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄに対向して配置されている。

さらに、ハウジング４００内の所定の位置には露光装置４０３が配置されており、露光装置４０３から出射された光ビームを帯電後の電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの表面に照射することが可能となっている。これにより、電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの回転工程において帯電、露光、現像、１次転写、クリーニングの各工程が順次行われ、各色のトナー像が中間転写ベルト４０９上に重ねて転写される。

ここで、帯電ロール４０２ａ〜４０２ｄは、電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの表面に導電性部材（帯電ロール）を接触させて感光体に電圧を均一に印加し、感光体表面を所定の電位に帯電させるものである（帯電工程）。なお本実施形態において示した帯電ロールの他、帯電ブラシ、帯電フィルム若しくは帯電チューブなどを用いて接触帯電方式による帯電を行ってもよい。また、コロトロン若しくはスコロトロンを用いた非接触方式による帯電を行ってもよい。

露光装置４０３としては、電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの表面に、半導体レーザー、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）、液晶シャッター等の光源を所望の像様に露光できる光学系装置等を用いることができる。これらの中でも、非干渉光を露光可能な露光装置を用いると、電子写真感光体４０１ａ〜４０１ｄの導電性基体と感光層との間での干渉縞を防止することができる。

現像装置４０４ａ〜４０４ｄには、上述の二成分静電潜像現像剤を接触又は非接触させて現像する一般的な現像装置を用いて行うことができる（現像工程）。そのような現像装置としては、二成分静電荷像現像用現像剤を用いる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜公知のものを選択することができる。一次転写工程では、１次転写ロール４１０ａ〜４１０ｄに、像保持体に担持されたトナーと逆極性の１次転写バイアスが印加されることで、像保持体から中間転写ベルト４０９へ各色のトナーが順次１次転写される。

クリーニングブレード４１５ａ〜４１５ｄは、転写工程後の電子写真感光体の表面に付着した残存トナーを除去するためのもので、これにより清浄面化された電子写真感光体は上記の画像形成プロセスに繰り返し供される。クリーニングブレードの材質としてはウレタンゴム、ネオプレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。

中間転写ベルト４０９は駆動ロール４０６、バックアップロール４０８及びテンションロール４０７により所定の張力をもって支持されており、これらのロールの回転によりたわみを生じることなく回転可能となっている。また、２次転写ロール４１３は、中間転写ベルト４０９を介してバックアップロール４０８に対向して配置されている。

２次転写ロール４１３に、中間転写体上のトナーと逆極性の２次転写バイアスが印加されることで、中間転写ベルトから記録媒体へトナーが２次転写される。バックアップロール４０８と２次転写ロール４１３との間を通った中間転写ベルト４０９は、例えば駆動ロール４０６の近傍に配置されたクリーニングブレード４１６或いは、除電器（不図示）により清浄面化された後、次の画像形成プロセスに繰り返し供される。また、ハウジング４００内の所定の位置にはトレイ（被転写媒体トレイ）４１１が設けられており、トレイ４１１内の紙などの被転写媒体５００が移送ロール４１２により中間転写ベルト４０９と２次転写ロール４１３との間、さらには相互に当接する２個の定着ロール４１４の間に順次移送された後、ハウジング４００の外部に排紙される。

［定着装置］
本発明の定着装置は、回転可能な定着部材と、前記回転部材に接触しながら回転可能な加圧部材と、を有する。そして、本実施の形態における定着ロールを、例えば、図７の定着ロール４１４の一方として用い、図７の定着ロール４１４の他方を加圧ロールとしてもよい。また、本実施の形態における定着ベルトは、図７の定着ロール４１４の一方に変えて用いてもよい。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に制限されるものではない。また、以下の製造例、実施例、比較例において記載した評価は、以下の方法により実施した。

＜評価方法＞
図７に示す画像形成装置ＤｏｃｕＰｒｉｎｔＣ１６１６（富士ゼロックス株式会社製）改造機を使用して、被画像形成媒体として通常の非コートフルカラー専用紙を使用し、２８℃、８５％ＲＨ環境下で５０％ハーフトーン画像を被画像形成媒体上に作成した。ここで、画像形成装置において定着時に荷重（ニップ部加圧）は、通常０．１５ＭＰａ以上０．２ＭＰａであるが、画像乱れを生じやすい低荷重の０．１ＭＰａに設定して、通紙方向に対して略直交する方向に形成される画像の線の有無を目しにて評価した。評価した結果を表１に示す。

［実施例１］
図６に示す装置を用いて、アルミニウムから成る直径２０ｍｍの芯金の表面に、材料硬度３５度、反発弾性率６０％のシリコーンゴムから成る弾性層を形成し、図６に示すスリーブ４０の内周面の表面粗さＲａを０．４μｍとすることで、この弾性層上に、表面粗さＲａが０．１μｍのＰＦＡチューブ（厚み：３０ｍｍ）から成る表面層が形成された、ロール径が２１ｍｍの定着ロールを作製した。

［実施例２］
図６に示すスリーブ４０の内周面の表面粗さを代え、実施例１における表面層の表面粗さＲａが０．１５μｍに成るように調整した以外は、実施例１に準じて、定着ロールを作製した。

［実施例３］
図６に示すスリーブ４０の内周面の表面粗さを代え、実施例１における表面層の表面粗さＲａが０．２μｍに成るように調整した以外は、実施例１に準じて、定着ロールを作製した。

［実施例４］
図６に示すスリーブ４０の内周面の表面粗さを代え、実施例１における表面層の表面粗さＲａが０．２５μｍに成るように調整した以外は、実施例１に準じて、定着ロールを作製した。

［比較例１］
図６に示すスリーブ４０の内周面に凹凸加工を施さず、実施例１における表面層の表面粗さＲａが０．０５μｍに成るようにした以外は、実施例１に準じて、定着ロールを作製した。

上述の評価方法に基づき、実施例１から実施例４と比較例１とを評価した結果を、表１に示す。

本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用がある。

１０定着ロール、１２芯金、１４弾性層、１６表面層、２０定着ベルト、２４ベース層、２６表面層、３０フッ素系樹脂チューブ、３２エッチング加工されたフッ素系樹脂チューブ、３２ａ，３２ｂ折り目部、４０スリーブ、４２内周面、５０リング、５２ボトムキャップ、５４アッパーキャップ、５６ナット、６０センターシャフト、８０樹脂導入口、９０シリコーン樹脂、２００画像形成装置、４００ハウジング、４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｃ，４０１ｄ電子写真感光体、４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃ，４０２ｄ帯電ロール、４０３露光装置、４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄ現像装置、４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｃ，４０５ｄトナーカートリッジ、４０６駆動ロール、４０７テンションロール、４０８バックアップロール、４０９中間転写ベルト、４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃ，４１０ｄ１次転写ロール、４１１トレイ、４１２移送ロール、４１３２次転写ロール、４１４定着ロール、４１５ａ，４１５ｂ，４１５ｃ，４１５ｄクリーニングブレード、４１６クリーニングブレード、５００被転写媒体。

Claims

管状体の最表面に、内周面側の表面に少なくとも凹凸が設けられ表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．２５μｍ以下のフッ素系樹脂チューブからなる表面層が設けられたことを特徴とする定着部材。
前記定着部材は、芯金と、内周面側の表面に凹凸が設けられ表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．２５μｍ以下のフッ素系樹脂チューブからなる表面層と、前記表面層と芯金の間に設けられた弾性層と、を有する定着ロールであることを特徴とする、請求項１に記載の定着部材。
前記定着部材は、内周面側の表面に凹凸が設けられ表面粗さＲａが０．１μｍ以上０．２５μｍ以下のフッ素系樹脂チューブからなる表面層と、前記表面層が積層されるベース層と、を有する定着ベルトであることを特徴とする、請求項１に記載の定着部材。
回転可能な定着部材と、前記回転可能な定着部材に接触しながら回転可能な加圧部材と、を有し、
前記定着部材が、請求項１から請求項３のいずれか１項であることを特徴とする定着装置。
像保持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を静電荷像現像用現像剤を用いて現像する現像手段と、現像されたトナー画像を中間転写体を介してまたは介さずに被転写体上に転写する転写手段と、前記被転写体上のトナー画像を定着する定着手段と、を含む画像形成装置であり、
前記定着手段が、請求項４に記載の定着装置からなることを特徴とする画像形成装置。