JP3788227B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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画像形成装置において、未定着トナー像を加熱定着する定着装置に関し、特に、加熱源を有する定着部材に定着ベルトを加圧部材により圧接させるベルトニップ方式の定着装置において、前記定着ベルトと加圧部材との摺動抵抗を軽減させるため、前記加圧部材を被覆する部材の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記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画像形成装置において、未定着トナー像を加熱定着する定着装置としては、種々の方式のものが提案されてきており、実際に製品化されている。かかる定着装置としては、例えば、加熱源を有する定着ロールに、定着ベルトを加圧部材により圧接させるベルトニップ方式のものがある。
【０００３】
このベルトニップ方式の定着装置としては、例えば、本出願人が提案する特開平９−３４２９１号公報に開示されているように、表面付近に弾性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロールと、外周面が前記加熱定着ロールに押圧され、トナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロールとの間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内面側に当接され、前記加熱定着ロールの表面に沿って前記エンドレスベルトを押圧する圧接面を備えた圧力付与部材とを有するように構成したものがある。
【０００４】
しかし、上記ベルトニップ方式の定着装置の場合には、エンドレスベルトの内面に、表面がゴムで形成された圧力付与部材が圧接しているため、当該エンドレスベルトと圧力付与部材との摺動抵抗が大きくなると、▲１▼像ずれ、▲２▼ギア破損、▲３▼モータ消費電力アップ等が発生するという問題点を有していた。
【０００５】
そこで、上記ベルトニップ方式の定着装置において、エンドレスベルト内面の磨耗を抑制するために、圧力付与部材の表面を、ガラス繊維製のシートにフッ素樹脂（ＰＦＡ）をコーティングしたシート状部材によって被覆するとともに、前記エンドレスベルトの内面にシリコンオイル等の潤滑油を塗布するように構成したものが、既に提案され、実際に使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、圧力付与部材の表面を、ガラス繊維製シートにフッ素樹脂（ＰＦＡ）をコーティングしたシート状部材によって被覆するように構成したものであるが、定着時に、エンドレスベルトの裏面と圧力付与部材が摺動すると、シート状部材にコーティングされたフッ素樹脂（ＰＦＡ）が次第に磨耗していく。すると、上記シート状部材の表面は、フッ素樹脂（ＰＦＡ）コート面の凹凸が磨耗して、徐々に鏡面化し、この表面が鏡面化したシート状部材が定着ベルトと摺動すると、当該定着ベルトとシート状部材との接触面積が増大し、摩擦抵抗が急激に増加する。さらに、上記シート状部材の表面の磨耗が進行すると、ガラス繊維がシート状部材の表面に露出し、物理的な接触抵抗が大きくなって、定着ベルトとの摺動抵抗をさらに増加させることになる。
【０００７】
また、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、上記の如く、シート状部材にコーティングされたフッ素樹脂（ＰＦＡ）が磨耗していくと、磨耗によって発生した磨耗粉が潤滑油と混合して、粘性物質へと変化する。すると、この粘性物質は、定着ベルトを張架する張架ロールや定着ベルトの裏面に付着して、摺動抵抗を増加させることになる。しかも、上記定着ベルトの裏面に塗布される潤滑油は、磨耗粉と混合されて粘性物質と変化するため、潤滑油本来の役割を果たさなくなり、この点からも摺動抵抗を増加させることになる。
【０００８】
このように、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、シート状部材と定着ベルトの摺動抵抗が次第に増加し、図１８に示すように、定着ベルトを駆動するための駆動モータの消費電流が、加熱定着ロールの回転数の増加に伴って急激に増加する。なお、上記定着ベルトは、加熱定着ロール１００に従動回転するようになっている。
【０００９】
上記定着装置によって定着処理を受ける用紙の搬送速度は、定着ベルトの移動速度に依存しているため、加熱定着ロール１００と定着ベルト１０１の間に速度差が生まれると、図１９に示すように、定着ベルト１０１によって搬送される用紙１０２よりも、加熱定着ロール１００に密着しているトナー像１０３の方が速く移動し、画像ずれが発生するという問題点を有していた。
【００１０】
また、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、上記の如く、加熱定着ロール１００と定着ベルト１０１の間に速度差が生じると、当該定着ベルト１０１によって搬送される用紙１０２の搬送速度と、加熱定着ロール１００の移動速度との間にも速度差が生じ、加熱定着ロール１００の同じ所に繰り返し用紙のエッジが来ると、加熱定着ロール１００の表面が徐々に損傷していくという二次的な問題点を有していた。また、上記加熱定着ロール１００の表面に傷が発生すると、当該加熱定着ロール１００によって幅の広い用紙１０２にトナー像１０３を定着する際に、加熱定着ロール１００の表面に傷が存在する部分では、定着性が他の部分と異なり、加熱定着ロール１００の傷に沿って定着ムラが発生するという問題点をも有していた。
【００１１】
さらに、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、上記の如く、シート状部材の表面の磨耗が進行すると、ガラス繊維がシート状部材の表面に露出し、当該ガラス繊維の目からシリコンオイル等からなる潤滑油が、圧力付与部材の表面に付着する。このように、上記圧力付与部材の表面に潤滑油が付着すると、当該圧力付与部材の表面に設けられたシリコンゴムからなるパッドに、シリコンオイル等からなる潤滑油が浸透し、このシリコンゴムからなるパッドが膨潤する。上記シリコンゴムからなるパッドにオイル膨潤が発生すると、当該パッドの肉厚の分布が設定値と異なってしまい、パッドの荷重分布が所期の設定値から変化し、パッドの荷重分布によって決まる用紙の搬送速度がばらついて、紙しわ発生の原因となるという二次的な問題点を有していた。
【００１２】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ベルトニップ方式の定着装置において、定着ベルトと圧力付与部材を被覆するシート状部材との摩擦を長期にわたって低減することができ、当該シート状部材の磨耗等に伴う画像ずれの発生を防止し、二次的には、定着ベルトと圧力付与部材を被覆するシート状部材との摩擦増大に伴う加熱定着ロールのエッジの磨耗や紙しわの発生を防止することが可能な定着装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の発明は、加熱源を有する加熱定着部材と、
外周面が前記加熱定着部材に押圧され、トナー像を担持した記録媒体が前記加熱定着部材との間に挟み込まれるニップ部を形成する無端ベルトと、
前記無端ベルトの内側面に当接され、加熱定着部材の表面に沿って前記無端ベルトを押圧する圧力付与部材と、
前記圧力付与部材と無端ベルトの摺動抵抗を軽減するため前記圧力付与部材を被覆するシート状部材を備えた定着装置において、
前記シート状部材は、耐熱性および耐磨耗性を有する材料からなり、表面にＷＣ−ａの値が０．８μｍ以上であって、かつラテラル方向又はランダム方向の凹凸が形成されるように構成したものである。
【００１４】
このように、上記シート状部材の表面に大きな凹凸を形成することにより、当該シート状部材と無端ベルト内面との接触点を減らし、点接触とすることにより、シート状部材と無端ベルト内面との摺動抵抗を低減するためである。また、上記無端ベルトの内面にオイル等の潤滑剤を塗布する場合には、シート状部材表面の凹凸にオイル等の潤滑剤を保持する効果もあり、この点からもシート状部材と無端ベルト内面との摺動抵抗の低減効果が得られる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、
前記シート状部材は、耐熱性および耐磨耗性を有する合成樹脂材料からなることを特徴とする定着装置である。
【００１６】
上記の如く上記シート状部材の表面に大きな凹凸２８を形成することにより、当該シート状部材と無端ベルト内面との摺動抵抗を低減することができるが、当該シート状部材を金属によって形成した場合には、この金属製のシート状部材によって、無端ベルトを張架するロールとの接触面で磨耗が発生する虞れがある。この金属の磨耗粉が加熱定着部材の表面に転移すると、当該加熱定着部材の表面を傷付け、画質欠陥が発生する場合がある。
【００１７】
そこで、シート状部材を、耐熱性および耐磨耗性を有する合成樹脂材料から形成することによって、無端ベルトを張架するロールとの接触面で磨耗を防止できる。
【００２０】
また更に、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材の表面に形成される凹凸は、先端が鋭利なものを押圧し、凸部先端を塑性変形させることを特徴とする定着装置である。
【００２１】
上記シート状部材の表面に大きな凹凸を形成しても、当該凹凸の形成の仕方によって、当該シート状部材の表面に形成された大きな凹凸が消失してしまい、摺動抵抗の低減効果が、長期間維持できない。
【００２２】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、
前記シート状部材の表面に形成される凹凸は、少なくとも無端ベルトの回転方向と異なる方向に研磨またはエンボス加工して形成されることを特徴とする定着装置である。
上記シート状部材の表面に研磨またはエンボス加工によって凹凸を形成する場合には、研磨またはエンボス加工の方向が、少なくとも無端ベルトの回転方向と異なる方向に研磨しないと、摺動抵抗の低減効果が望めない。
【００２３】
又、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材は、加熱条件下で凹凸を形成する表面処理を行なうか、又は凹凸を形成する表面処理後、加熱処理を行うことを特徴とする定着装置である。
【００２４】
上記シート状部材の表面に凹凸を形成する処理を行ったままの状態では、当該シート状部材の表面に凹凸を形成する処理を行う際の残留応力が発生し、シート状部材に座屈が生じ、圧力付与部材の荷重分布が所定の状態から変化し、紙しわ発生の原因となる。
【００２５】
そこで、シート状部材は、凹凸を形成する表面処理後、加熱処理を行うことにより、残留応力を除去でき、紙しわの発生を防止できる。
【００２６】
更に、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材の表面に形成される凸起は、高さが５０μｍ以上であることを特徴とする定着装置である。
【００２７】
上記シート状部材の表面に形成される凹凸の大きさが小さいと、摺動抵抗の低減効果が十分得られない。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１はこの発明の実施の形態１に係る定着装置を示す構成図である。
【００３０】
この定着装置１は、加熱源を内蔵した加熱定着ロール２と、３つの支持ロールに張架され上記加熱定着ロール２に圧接されるエンドレスベルト３と、このエンドレスベルト３の内面側に当接され、加熱定着ロール２の表面に沿ってエンドレスベルト３を押圧する圧力付与部材４とで主要部が構成されている。
【００３１】
図１において、１は加熱定着ロールを示すものであり、この加熱定着ロール１は、図示しない駆動源によって矢印方向に沿って所定の速度たとえば２６０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転駆動されるようになっている。上記加熱定着ロール１は、例えば、外径６２ｍｍ、内径５５ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒状に形成された金属製コア５を備えており、この金属製コア５としては、例えば、アルミニウムやステンレス等からなるものが用いられる。上記金属製コア５の表面には、弾性体層６としてＨＴＶシリコーンゴム（ＪＩＳ−Ａのゴム硬度４５度）が２ｍｍの厚さに被覆されているとともに、この弾性体層６の表面には、さらにトップコート層７としてフッ素ゴムが５０μｍの厚さにデイップコートされており、このトップコート層７の表面は、鏡面状態に近い状態に仕上げられている。上記下地弾性体層５のゴム硬度は、Ｔｅｃｌｏｃｋ社製のスプリングタイプのＡ型硬度計により、ＪＩＳ Ｋ６３０１に準拠して、荷重１，０００ｇｆを付加して計測した結果の値である。なお、金属製コア５としては、アルミニウムやステンレス等以外にも熱伝導率の高い金属からなるものを使用することができ、トップコート層７としては、耐熱性の高い弾性体であれば他の材料を使用することができる。
【００３２】
また、上記金属製コア５の内部には、加熱源として出力１０００Ｗのハロゲンランプ８が配置されており、加熱定着ロール２は、このハロゲンランプ８によって表面温度が所定の温度となるよう内部から加熱されるようになっている。上記加熱定着ロール２の表面温度は、当該加熱定着ロール２の表面に接触する温度センサー９によって検出され、加熱定着ロール２の表面温度が例えば１７５℃となるように、図示しない温度コントローラーによって制御されるように構成されている。
【００３３】
さらに、上記加熱定着ロール２の表面には、離型剤としてアミン変性シリコンオイル粘度３００ｃｓが、離型剤供給装置１０により均一に供給されている。この離型剤供給装置１０は、オイルパイプ１１ａから滴下される離型剤１２が、オイルウイック１１ｂを介してッピックアップロール１１ｃに供給され、当該ピックアップロール１１ｃに供給された余剰な離型剤１２は、メタリングブレード１１ｄで掻き取られ、オイルパン１１ｅから図示しないオイルタンクへ戻される。また、上記ピックアップロール１１ｃの表面に供給された離型剤１２は、ドナーロール１１ｆを介して加熱定着ロール２の表面に塗布されるようになっている。なお、上記ピックアップロール１１ｃの表面は、クリーニングブレード１１ｇによって付着物が除去される。また、上記加熱定着ロール２の表面には、当該加熱定着ロール２の表面を所定のタイミングで外部から加熱する外部加熱ロール１３が設けられている。
【００３４】
また、上記加熱定着ロール２の表面には、耐熱性のエンドレスベルト３が所定のニップ幅に渡って圧接するように配置されている。このエンドレスベルト３は、例えば、厚さ７５μｍ、幅３4 ０ｍｍ、周長２１４ｍｍのポリイミドフィルムによって形成され、３本のロール１５、１６、１７により、約５ｋｇｆの張力にて張架されている。上記３本のロール１５、１６、１７の直径は、例えば、それぞれ２３ｍｍ、１８ｍｍ、１８ｍｍに設定されている。また、上記３本のロール１５、１６、１７のうち、加圧ロール１５とインレットロール１６は、例えば、ステンレス等によってクラウン形状に形成されているとともに、ステアリングロール１７は、表面にシリコンゴムコートが施されたステンレス等によって円筒状又は円柱状部材に形成されている。
【００３５】
上記加圧ロール１５は、ベルトニップの出口において、例えば、６０ｋｇｆの圧力で加熱定着ロール２の表面に圧接するように配置されている。なお、エンドレスベルト３は、加熱定着ロール２に圧接した状態で従動回転するように構成されいてる。このため、加熱定着ロール２の弾性体層６は変形し、その表面には歪みεが発生し、記録媒体がそれ自身の剛性により剥離可能となっている。なお、図中、１８はインレットロール１６の内部に必要に応じて配置されるエンドレスベルト３を加熱するためのハロゲンランプを示すものである。また、１９は未定着トナー像２０を担持した記録用紙等の記録媒体を示すものである。
【００３６】
さらに、上記ロール１５とロール１６との間には、エンドレスベルト３を加熱定着ロール２の表面に所定の圧力で押圧するための圧力付与部材としてのパッド部材４が配置されている。このパッド部材４は、図２に示すように、ステンレス等の金属からなるベースプレート２１の表面に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の合成樹脂からなるシム２２を介して、ステンレス等の金属からなる支持プレート２３上に積層された弾性体層２４を配置して構成されている。また、上記パッド部材４の表面は、シート状部材としてのパッドシート２５によって全周が被覆されている。上記弾性体層２４が積層された支持プレート２３は、その長手方向の両端部に設けられた取り付けネジ２６によって、シム２２を介してベースプレート２１に固定されている。さらに、上記パッド部材４は、ベースプレート２１側に配置された図示しない圧縮コイルスプリングによって、加熱定着ロール１に向けて例えば５０ｋｇｆの押圧力で圧接されている。上記ベースプレート２１としては、例えば、幅（ベルトの走行方向）２０ｍｍ、長さ（紙面の垂直方向）３６０ｍｍ、厚さ７．５ｍｍのステンレス鋼製のものが用いられる。また、弾性体層２４は、ゴム硬度２０°のシリコーンスポンジ（シリコーンゴムの発泡体）からなる厚さ５ｍｍのものである。なお、ここでゴム硬度は、高分子科学社製のアスカーＣタイプのスポンジ用ゴム硬度計により、荷重３００ｇｆを付加して計測した結果である。
【００３７】
ここで、上記パッド部材４に弾性体層２４を設けることにより、パッドシート２５のエンドレスベルト３と接触する接触面は、加熱定着ロール２の外周面と整合可能になっている。すなわち、一定以上の荷重によってパッド部材４を加熱定着ロール２に向けて押圧すれば、弾性体層２４が変形し、パッドシート２５の接触面が加熱定着ロール２の外周面に沿って圧接されるように変形するようになっている。したがって、パッド部材４が図示しない圧縮コイルスプリングによって加熱定着ロール２に押圧されると、エンドレスべルト３は加熱定着ロール２に隙間なく圧接される。
【００３８】
また、上記エンドレスべルト３の内面には、図１及び図２に示すように、粘度３００ｃｓのアミン変性シリコンオイルが、フェルト等からなる潤滑剤塗布部材２７によって塗布されるようになっており、これによってエンドレスベルト３とパッドシート２５との間の摩擦係数が小さくなるようになされている。そして、アミン変性シリコンオイルを塗布した状態では、エンドレスベルト３は、加熱定着ロール２の回転に伴って、パッドシート２５上を滑りながら、当該加熱定着ロール２と等しい速度で走行することが可能となっている。
【００３９】
ところで、この実施の形態では、前記圧力付与部材と無端ベルトの摺動抵抗を軽減するため前記圧力付与部材を覆うシート状部材を備えており、このシート状部材は、耐熱性および耐磨耗性を有する材料からなり、表面に大きな凹凸が形成されるように構成されている。
【００４０】
すなわち、この実施の形態では、図２及び図３に示すように、圧力付与部材としてのパッド部材４の表面が、シート状部材としてパッドシート２５によって被覆されている。このパッドシート２５は、例えば、厚さ７５μｍ程度のポリイミドフィルム等の耐熱性および耐磨耗性を有する合成樹脂製のフィルムによって、略円筒状に形成されている。このパッドシート２５を形成する材料は、耐熱性、耐磨耗性を有するものであれば、如何なるものでも使用することができる。上記パッドシート２５を形成する材料としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリアイドイミド（ＰＡＩ）、ピーク（Ｐｅｅｋ）等が挙げられる。
【００４１】
また、上記パッドシート２５の表面には、少なくともエンドレスベルト３の表面に圧接する部分、及び加圧ロール１５の表面に接触する部分２５ａに、大きな凹凸２８が形成されている。このパッドシート２５表面の大きな凹凸２８は、例えば、当該パッドシート２５を構成するシート材料の表面に、当該特殊なエンボス加工や、サンディング加工を施すことによって形成される。
【００４２】
このように、上記パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８を形成することにより、当該パッドシート２５とエンドレスベルト３内面との接触点を減らし、点接触とすることにより、パッドシート２５とエンドレスベルト３内面との摺動抵抗を低減するためである。
【００４３】
更に説明すると、上記パッドシート２５は、図４に示すように、厚さ７５μｍ程度のポリイミドフィルム３０に、所定の大きさの凹凸３１を有するエンボス加工用のエンボス型３２を用いて、加圧エンボス加工を施すことにより、当該パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８が形成される。
【００４４】
ところで、本発明者らは、図４に示すように、先端が鋭利なエンボス型３２と、先端が丸いエンボス型３２とを用いて、ポリイミドフィルム３０の表面に所定の大きさの凹凸２８をエンボス加工により形成して、当該エンボス加工が施されたポリイミドフィルム３０によってパッドシート２５を構成して、後述するように、当該パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８を形成することによる摺動抵抗の低減効果を確認する実験を行ったところ、図５に示すような結果が得られた。
【００４５】
その結果、図５に示すように、先端が鋭利なエンボス型３２を用いて表面に大きな凹凸２８を形成したパッドシート２５を使用した場合には、摺動抵抗の低減効果が長期間にわたって維持することができたが、先端が丸いエンボス型３２を用いて表面に大きな凹凸２８を形成したパッドシート２５を使用した場合には、摺動抵抗の低減効果が急速に失われ、摺動抵抗が急激に増加して、ベルト駆動負荷電流値が早い時期に高い値を示すことがわかった。
【００４６】
これは、パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８を形成するのに、先端が鋭利なエンボス型３２を用いた場合には、図６に示すように、パッドシート２５が塑性変形して、凹凸２８形状が長期間維持されるのに対して、先端が丸いエンボス型３２を用いた場合には、パッドシート２５が弾性変形して、凹凸２８形状が早い時期に失われるか、平面に近い形状に復帰してしまうためと考えられる。
【００４７】
次に、上記の如く表面に大きな凹凸２８が形成されたパッドシート２５の製造方法について説明する。
【００４８】
上記パッドシート２５を構成する耐熱性および耐磨耗性を有する合成樹脂製のフィルムとしては、例えば、厚さ７５μｍのポリイミドフィルム３０（ユーピレックス−７５ＲＮ：宇部興産社製、商品名）が用いられる。このポリイミドフィルム３０は、図７（ａ）に示すように、まず、所定の長方形状に外形が外抜きされると同時に、取り付け用の穴３５が打ち抜かれる。次に、上記ポリイミドフィルム３０の表面には、エンボス成形によって所定の幅にわたって大きな凹凸２８が形成される。
【００４９】
このエンボス成形による大きな凹凸２８の形成は、図８に示すように、エンボス加工機の下型４０上に、エンボス加工を施すエンボス型３２を載置し、当該エンボス型３２の上に、所定の形状に形成されたポリイミドフィルム３０を載せ、その上にクッション材として厚さ２．０ｍｍのシリコンゴム４１を介して、上型４２によって、所定の圧力Ｐ（例えば、６０ｋｇ／ｃｍ2 ）で押圧することにより、エンボス型３２によってポリイミドフィルム３０にエンボス加工を施す。プレス時間は、例えば、１．０ｍｉｎ程度に設定され、エンボス加工を施す前に、エンボス加工機の下型４０及び上型４２を、１７５℃程度に加熱しておくとともに、エンボス加工を施す環境温度も、１７５℃程度に設定される。
【００５０】
上記エンボス加工に使用されるエンボス型３２は、図９に示すように、Ｓ４５Ｃ等の鋼材によって、平面長方形状に形成されており、このエンボス型３２の表面には、ポリイミドフィルム３０のエンボス加工を施す幅に応じて、所定の大きさの凹凸３１が一様に形成されている。上記エンボス型３２表面の凹凸３１は、例えば、正四角錘状に形成されており、当該凹凸３１の高さは１２０μｍ〜０．５ｍｍ、凹凸３１の山の間隔は１．０ｍｍに設定される。また、上記エンボス型３２表面の凹凸３１が形成された領域の幅は、例えば、５５ｍｍに設定される。
【００５１】
次に、図７（ａ）に示すように、上記の如くエンボス加工が施されたポリイミドフィルム３０を、図３に示すように、円筒形状に形成するとともに、当該円筒形状に形成されたポリイミドフィルム３０の重なり部分に、接着剤を塗布する。
【００５２】
その後、上記ポリイミドフィルム３０に塗布された接着剤を加熱して硬化させる。
【００５３】
このようにして、図７（ｂ）に示すように、ポリイミドフィルム３０によって表面に大きな凹凸２８が形成されたパッドシート２５が製造される。このパッドシート２５の表面には、図７（ｃ）に示すように、所定の幅にわたって大きな凹凸２８が形成される。上記パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８が形成された領域２５ａは、図７（ｄ）に示すように、少なくとも加熱定着ロール２の表面に圧接する部分と、加圧ロール１５の表面に接触する部分にわたるように設定される。
【００５４】
また、この実施の形態では、上述したように、エンボス加工を１７５℃程度に加熱した環境下で行うことにより、ポリイミドフィルム３０にエンボス加工を施すことに伴って、当該ポリイミドフィルム３０を円筒形状に形成して、パッドシート２５を製造する際に、当該パッドシート２５に残留応力によって変形が生じるのを防止するように構成されている。
【００５５】
すなわち、上記ポリイミドフィルム３０にエンボス加工を施すことによって、パッドシート２５を製造する際に、当該パッドシート２５を構成するポリイミドフィルム３０に残留応力が生じる。そのため、上記ポリイミドフィルム３０をそのまま円筒状に形成してパッドシート２５を製造した場合には、図１０（ａ）に示すように、当該ポリイミドフィルム３０の残留応力によって、円筒状のパッドシート２５が一方の径方向に競り上がり、パッドシート２５の軸方向の途中が楕円形状に変形してしまう。このように変形したパッドシート２５を、図１に示す定着装置１において使用すると、パッドシート２５の変形によって、ニップ部内のパッドシート２５が座屈し、圧力のかからない部分が発生するか、または、座屈している周りの圧力が上がり、本来の図１１（ａ）から、図１１（ｂ）に示すように、パッド部材４の圧力分布がＷ型となり、紙しわの原因となる。
【００５６】
そこで、上述したように、エンボス加工を１７５℃程度に加熱した環境下で行うことにより、ポリイミドフィルム３０にエンボス加工を施すことに伴って、当該ポリイミドフィルム３０を円筒形状に形成して、パッドシート２５を製造する際に、図１０（ｂ）に示すように、当該パッドシート２５に残留応力によって変形が生じるのを防止することができ、パッド部材４の圧力分布も狙いとする荷重分布を得ることができ、紙しわの発生を確実に防止することができる。
【００５７】
また、この実施の形態では、表面に大きな凹凸２８が形成されたパッドシート２５を製造する際に、エンボス加工以外に、サンディング加工によって、大きな凹凸２８をパッドシート２５の表面に形成するように構成しても良い。
【００５８】
このサンディング加工は、ポリイミドフィルム３０を円筒状に形成した後、当該円筒状に形成されたポリイミドフィルム３０の表面に施される。更に説明すると、図１２に示すように、円筒状に形成されたポリイミドフィルム３０を、サンディング加工を施すための治具である割りフィックスに挿入し、この割りフィックスをサンディング機に装着する。そして、このサンディング機によって、連続紙からなるサンディングペーパーによって研磨することによって、当該円筒状に形成されたポリイミドフィルム３０の表面に、所定の大きさの凹凸２８を形成する。このポリイミドフィルム３０の表面に形成される凹凸２８は、サンディングペーパーの粗さを適宜設定することにより、所定の大きさに設定される。
【００５９】
上記パッドシート２５の表面に形成される凹凸２８の大きさは、例えば、当該パッドシート２５の表面粗さに伴ううねり曲線の特性値を表すＷＣ−ａの値によって評価される。このＷＣ−ａ値は、図２０に示すように、ろ波中心線うねりと呼ばれるものであり、ろ波中心線うねり曲線から中心線の方向に、測定長さＬの部分を抜取り、この抜取り部分の中心線とろ波中心線うねり曲線との偏差の絶対値を算術平均した値をいう。
【００６０】
次に、本発明者らは、表面に形成された凹凸２８のＷＣ−ａ値が異なる種々のパッドシート２５を試作し、初期的に摺動抵抗の低減効果がどのように異なるかを確認する実験を行った。
【００６１】
その際、上記パッドシート２５の表面に図１３に示すようにサンディング加工を施す際に、当該サンディング加工を施すときの方向性を、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、プロセス方向研磨、ラテラル方向研磨、及びランダム方向研磨と異ならせて、摺動抵抗の低減効果をそれぞれ評価した。
【００６２】
図１５は上記実験の結果を示すものである。
【００６３】
この図１５から明らかなように、パッドシート２５の表面に、プロセス方向に沿って研磨を施した場合には、摺動抵抗の低減効果が不十分であり、摺動抵抗の増加に伴う像ずれの発生を防止することができない。
【００６４】
これに対して、パッドシート２５の表面に、ラテラル方向に沿って研磨を施した場合には、凹凸２８のＷＣ−ａ値が０．８以上であれば、摺動抵抗の低減効果が十分得られ、摺動抵抗の増加に伴う像ずれの発生を防止することができることがわかった。
【００６５】
更に、本発明者らは、表面に形成された凹凸２８のＷＣ−ａ値が異なる種々のパッドシート２５と、エンボス加工によって表面に形成された凹凸２８の大きさが異なる種々のパッドシート２５を試作し、当該パッドシート２５とエンドレスベルト３との摺動抵抗の低減に伴う、ベルト駆動モータの駆動負荷電流値の変化を、初期状態と、１００ｋｐｖ（１ｋｐｖ＝１０００枚）定着後において、測定する実験を行った。
【００６６】
図１６及び図１７は上記実験の結果を示すものである。
【００６７】
これら図１６及び図１７から明らかなように、本発明の実施例１〜８の場合には、所定の荷重分布を得ることができ、しかも初期状態と、１００ｋｐｖ定着後ともに、ベルト駆動モータの駆動負荷電流値を、像ずれが発生する臨界値である０．９０（Ａ）以下に維持することができ、摺動抵抗の低減効果が十分得られ、摺動抵抗の増加に伴う像ずれの発生を防止することができることがわかった。
【００６８】
また、パッドシート２５と凸起２８は、高さが５０μｍ以上であれば、摺動抵抗の低減効果が十分得られることがわかる。
【００６９】
これに対して、比較例１〜６の場合には、図１６及び図１７から明らかなように、比較例５、６が荷重分布がＷ型となった紙しわが発生し、他の比較例は、荷重分布は、ＯＫであるものの、いずれも初期状態、又は１００ｋｐｖ定着後に、ベルト駆動モータの駆動負荷電流値が、０．９０（Ａ）を越えてしまい、摺動抵抗の低減効果が十分得られず、摺動抵抗の増加に伴う像ずれが発生してしまうことがわかった。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ベルトニップ方式の定着装置において、定着ベルトと圧力付与部材を被覆するシート状部材との摩擦を長期にわたって低減することができ、当該シート状部材の磨耗等に伴う画像ずれの発生を防止し、二次的には、定着ベルトと圧力付与部材を被覆するシート状部材との摩擦増大に伴う加熱定着ロールのエッジの磨耗や紙しわの発生を防止することが可能な定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明の一実施の形態に係る定着装置を示す構成図である。
【図２】 図２はこの発明の一実施の形態に係る定着装置の要部を示す構成図である。
【図３】 図３はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートを示す斜視構成図である。
【図４】 図４はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートの加工方法を示す説明図である。
【図５】 図５はエンドレスベルトの空回転数とベルト駆動負荷電流値との関係を示すグラフである。
【図６】 図６（ａ）（ｂ）はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートの加工に使用する型の形状の違いによる加工形状をそれぞれ示す説明図である。
【図７】 図７（ａ）〜（ｄ）はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートの製造工程をそれぞれ示す説明図である。
【図８】 図８はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートのエンボス加工を示す説明図である。
【図９】 図９はパッドシートのエンボス加工に使用する型を示す構成図である。
【図１０】 図１０（ａ）（ｂ）はエンボス加工時のパッドシートの加熱処理の有無によるパッドシートの形状等をそれぞれ示す説明図である。
【図１１】 図１１（ａ）（ｂ）はエンボス加工時のパッドシートの加熱処理の有無によるパッドシートの荷重分布をそれぞれ示す説明図である。
【図１２】 図１２はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートのサンデイング加工を示す説明図である。
【図１３】 図１３はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のサンデイング加工されたパッドシートを示す斜視構成図である。
【図１４】 図１４（ａ）〜（ｃ）はサンデイング加工の方向性をそれぞれ示す説明図である。
【図１５】 図１５はサンデイング加工の方向性によるパッドシート表面の凹凸を示すパラメータとベルト駆動負荷電流値との関係を示すグラフである。
【図１６】 図１６は実験結果を示す図表である。
【図１７】 図１７は実験結果を示す図表である。
【図１８】 図１８は本発明と従来の定着装置におけるエンドレスベルトの空回転数とベルト駆動負荷電流値との関係を示すグラフである。
【図１９】 図１９は像ずれの発生メカニズムを示す説明図である。
【図２０】 図２０はパッドシート表面の凹凸を評価するパラメータを示す説明図である。
【符号の説明】
１：定着装置、２：加熱定着ロール、３：エンドレスベルト、４：圧力付与部材、２５：パッドシート（シート状部材）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、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画像形成装置において、未定着トナー像を加熱定着する定着装置に関し、特に、加熱源を有する定着部材に定着ベルトを加圧部材により圧接させるベルトニップ方式の定着装置において、前記定着ベルトと加圧部材との摺動抵抗を軽減させるため、前記加圧部材を被覆する部材の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記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画像形成装置において、未定着トナー像を加熱定着する定着装置としては、種々の方式のものが提案されてきており、実際に製品化されている。かかる定着装置としては、例えば、加熱源を有する定着ロールに、定着ベルトを加圧部材により圧接させるベルトニップ方式のものがある。
【０００３】
このベルトニップ方式の定着装置としては、例えば、本出願人が提案する特開平９−３４２９１号公報に開示されているように、表面付近に弾性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロールと、外周面が前記加熱定着ロールに押圧され、トナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロールとの間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内面側に当接され、前記加熱定着ロールの表面に沿って前記エンドレスベルトを押圧する圧接面を備えた圧力付与部材とを有するように構成したものがある。
【０００４】
しかし、上記ベルトニップ方式の定着装置の場合には、エンドレスベルトの内面に、表面がゴムで形成された圧力付与部材が圧接しているため、当該エンドレスベルトと圧力付与部材との摺動抵抗が大きくなると、▲１▼像ずれ、▲２▼ギア破損、▲３▼モータ消費電力アップ等が発生するという問題点を有していた。
【０００５】
そこで、上記ベルトニップ方式の定着装置において、エンドレスベルト内面の磨耗を抑制するために、圧力付与部材の表面を、ガラス繊維製のシートにフッ素樹脂（ＰＦＡ）をコーティングしたシート状部材によって被覆するとともに、前記エンドレスベルトの内面にシリコンオイル等の潤滑油を塗布するように構成したものが、既に提案され、実際に使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、圧力付与部材の表面を、ガラス繊維製シートにフッ素樹脂（ＰＦＡ）をコーティングしたシート状部材によって被覆するように構成したものであるが、定着時に、エンドレスベルトの裏面と圧力付与部材が摺動すると、シート状部材にコーティングされたフッ素樹脂（ＰＦＡ）が次第に磨耗していく。すると、上記シート状部材の表面は、フッ素樹脂（ＰＦＡ）コート面の凹凸が磨耗して、徐々に鏡面化し、この表面が鏡面化したシート状部材が定着ベルトと摺動すると、当該定着ベルトとシート状部材との接触面積が増大し、摩擦抵抗が急激に増加する。さらに、上記シート状部材の表面の磨耗が進行すると、ガラス繊維がシート状部材の表面に露出し、物理的な接触抵抗が大きくなって、定着ベルトとの摺動抵抗をさらに増加させることになる。
【０００７】
また、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、上記の如く、シート状部材にコーティングされたフッ素樹脂（ＰＦＡ）が磨耗していくと、磨耗によって発生した磨耗粉が潤滑油と混合して、粘性物質へと変化する。すると、この粘性物質は、定着ベルトを張架する張架ロールや定着ベルトの裏面に付着して、摺動抵抗を増加させることになる。しかも、上記定着ベルトの裏面に塗布される潤滑油は、磨耗粉と混合されて粘性物質と変化するため、潤滑油本来の役割を果たさなくなり、この点からも摺動抵抗を増加させることになる。
【０００８】
このように、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、シート状部材と定着ベルトの摺動抵抗が次第に増加し、図１８に示すように、定着ベルトを駆動するための駆動モータの消費電流が、加熱定着ロールの回転数の増加に伴って急激に増加する。なお、上記定着ベルトは、加熱定着ロール１００に従動回転するようになっている。
【０００９】
上記定着装置によって定着処理を受ける用紙の搬送速度は、定着ベルトの移動速度に依存しているため、加熱定着ロール１００と定着ベルト１０１の間に速度差が生まれると、図１９に示すように、定着ベルト１０１によって搬送される用紙１０２よりも、加熱定着ロール１００に密着しているトナー像１０３の方が速く移動し、画像ずれが発生するという問題点を有していた。
【００１０】
また、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、上記の如く、加熱定着ロール１００と定着ベルト１０１の間に速度差が生じると、当該定着ベルト１０１によって搬送される用紙１０２の搬送速度と、加熱定着ロール１００の移動速度との間にも速度差が生じ、加熱定着ロール１００の同じ所に繰り返し用紙のエッジが来ると、加熱定着ロール１００の表面が徐々に損傷していくという二次的な問題点を有していた。また、上記加熱定着ロール１００の表面に傷が発生すると、当該加熱定着ロール１００によって幅の広い用紙１０２にトナー像１０３を定着する際に、加熱定着ロール１００の表面に傷が存在する部分では、定着性が他の部分と異なり、加熱定着ロール１００の傷に沿って定着ムラが発生するという問題点をも有していた。
【００１１】
さらに、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、上記の如く、シート状部材の表面の磨耗が進行すると、ガラス繊維がシート状部材の表面に露出し、当該ガラス繊維の目からシリコンオイル等からなる潤滑油が、圧力付与部材の表面に付着する。このように、上記圧力付与部材の表面に潤滑油が付着すると、当該圧力付与部材の表面に設けられたシリコンゴムからなるパッドに、シリコンオイル等からなる潤滑油が浸透し、このシリコンゴムからなるパッドが膨潤する。上記シリコンゴムからなるパッドにオイル膨潤が発生すると、当該パッドの肉厚の分布が設定値と異なってしまい、パッドの荷重分布が所期の設定値から変化し、パッドの荷重分布によって決まる用紙の搬送速度がばらついて、紙しわ発生の原因となるという二次的な問題点を有していた。
【００１２】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ベルトニップ方式の定着装置において、定着ベルトと圧力付与部材を被覆するシート状部材との摩擦を長期にわたって低減することができ、当該シート状部材の磨耗等に伴う画像ずれの発生を防止し、二次的には、定着ベルトと圧力付与部材を被覆するシート状部材との摩擦増大に伴う加熱定着ロールのエッジの磨耗や紙しわの発生を防止することが可能な定着装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の発明は、加熱源を有する加熱定着部材と、
外周面が前記加熱定着部材に押圧され、トナー像を担持した記録媒体が前記加熱定着部材との間に挟み込まれるニップ部を形成する無端ベルトと、
前記無端ベルトの内側面に当接され、加熱定着部材の表面に沿って前記無端ベルトを押圧する圧力付与部材と、
前記圧力付与部材と無端ベルトの摺動抵抗を軽減するため前記圧力付与部材を被覆するシート状部材を備えた定着装置において、
前記シート状部材は、耐熱性および耐磨耗性を有する材料からなり、表面にＷＣ−ａの値が０．８μｍ以上であって、かつラテラル方向又はランダム方向の凹凸が形成されるように構成したものである。
【００１４】
このように、上記シート状部材の表面に大きな凹凸を形成することにより、当該シート状部材と無端ベルト内面との接触点を減らし、点接触とすることにより、シート状部材と無端ベルト内面との摺動抵抗を低減するためである。また、上記無端ベルトの内面にオイル等の潤滑剤を塗布する場合には、シート状部材表面の凹凸にオイル等の潤滑剤を保持する効果もあり、この点からもシート状部材と無端ベルト内面との摺動抵抗の低減効果が得られる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、
前記シート状部材は、耐熱性および耐磨耗性を有する合成樹脂材料からなることを特徴とする定着装置である。
【００１６】
上記の如く上記シート状部材の表面に大きな凹凸２８を形成することにより、当該シート状部材と無端ベルト内面との摺動抵抗を低減することができるが、当該シート状部材を金属によって形成した場合には、この金属製のシート状部材によって、無端ベルトを張架するロールとの接触面で磨耗が発生する虞れがある。この金属の磨耗粉が加熱定着部材の表面に転移すると、当該加熱定着部材の表面を傷付け、画質欠陥が発生する場合がある。
【００１７】
そこで、シート状部材を、耐熱性および耐磨耗性を有する合成樹脂材料から形成することによって、無端ベルトを張架するロールとの接触面で磨耗を防止できる。
【００２０】
また更に、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材の表面に形成される凹凸は、先端が鋭利なものを押圧し、凸部先端を塑性変形させることを特徴とする定着装置である。
【００２１】
上記シート状部材の表面に大きな凹凸を形成しても、当該凹凸の形成の仕方によって、当該シート状部材の表面に形成された大きな凹凸が消失してしまい、摺動抵抗の低減効果が、長期間維持できない。
【００２２】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、
前記シート状部材の表面に形成される凹凸は、少なくとも無端ベルトの回転方向と異なる方向に研磨またはエンボス加工して形成されることを特徴とする定着装置である。
上記シート状部材の表面に研磨またはエンボス加工によって凹凸を形成する場合には、研磨またはエンボス加工の方向が、少なくとも無端ベルトの回転方向と異なる方向に研磨しないと、摺動抵抗の低減効果が望めない。
【００２３】
又、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材は、加熱条件下で凹凸を形成する表面処理を行なうか、又は凹凸を形成する表面処理後、加熱処理を行うことを特徴とする定着装置である。
【００２４】
上記シート状部材の表面に凹凸を形成する処理を行ったままの状態では、当該シート状部材の表面に凹凸を形成する処理を行う際の残留応力が発生し、シート状部材に座屈が生じ、圧力付与部材の荷重分布が所定の状態から変化し、紙しわ発生の原因となる。
【００２５】
そこで、シート状部材は、凹凸を形成する表面処理後、加熱処理を行うことにより、残留応力を除去でき、紙しわの発生を防止できる。
【００２６】
更に、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材の表面に形成される凸起は、高さが５０μｍ以上であることを特徴とする定着装置である。
【００２７】
上記シート状部材の表面に形成される凹凸の大きさが小さいと、摺動抵抗の低減効果が十分得られない。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１はこの発明の実施の形態１に係る定着装置を示す構成図である。
【００３０】
この定着装置１は、加熱源を内蔵した加熱定着ロール２と、３つの支持ロールに張架され上記加熱定着ロール２に圧接されるエンドレスベルト３と、このエンドレスベルト３の内面側に当接され、加熱定着ロール２の表面に沿ってエンドレスベルト３を押圧する圧力付与部材４とで主要部が構成されている。
【００３１】
図１において、１は加熱定着ロールを示すものであり、この加熱定着ロール１は、図示しない駆動源によって矢印方向に沿って所定の速度たとえば２６０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転駆動されるようになっている。上記加熱定着ロール１は、例えば、外径６２ｍｍ、内径５５ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒状に形成された金属製コア５を備えており、この金属製コア５としては、例えば、アルミニウムやステンレス等からなるものが用いられる。上記金属製コア５の表面には、弾性体層６としてＨＴＶシリコーンゴム（ＪＩＳ−Ａのゴム硬度４５度）が２ｍｍの厚さに被覆されているとともに、この弾性体層６の表面には、さらにトップコート層７としてフッ素ゴムが５０μｍの厚さにデイップコートされており、このトップコート層７の表面は、鏡面状態に近い状態に仕上げられている。上記下地弾性体層５のゴム硬度は、Ｔｅｃｌｏｃｋ社製のスプリングタイプのＡ型硬度計により、ＪＩＳ Ｋ６３０１に準拠して、荷重１，０００ｇｆを付加して計測した結果の値である。なお、金属製コア５としては、アルミニウムやステンレス等以外にも熱伝導率の高い金属からなるものを使用することができ、トップコート層７としては、耐熱性の高い弾性体であれば他の材料を使用することができる。
【００３２】
また、上記金属製コア５の内部には、加熱源として出力１０００Ｗのハロゲンランプ８が配置されており、加熱定着ロール２は、このハロゲンランプ８によって表面温度が所定の温度となるよう内部から加熱されるようになっている。上記加熱定着ロール２の表面温度は、当該加熱定着ロール２の表面に接触する温度センサー９によって検出され、加熱定着ロール２の表面温度が例えば１７５℃となるように、図示しない温度コントローラーによって制御されるように構成されている。
【００３３】
さらに、上記加熱定着ロール２の表面には、離型剤としてアミン変性シリコンオイル粘度３００ｃｓが、離型剤供給装置１０により均一に供給されている。この離型剤供給装置１０は、オイルパイプ１１ａから滴下される離型剤１２が、オイルウイック１１ｂを介してッピックアップロール１１ｃに供給され、当該ピックアップロール１１ｃに供給された余剰な離型剤１２は、メタリングブレード１１ｄで掻き取られ、オイルパン１１ｅから図示しないオイルタンクへ戻される。また、上記ピックアップロール１１ｃの表面に供給された離型剤１２は、ドナーロール１１ｆを介して加熱定着ロール２の表面に塗布されるようになっている。なお、上記ピックアップロール１１ｃの表面は、クリーニングブレード１１ｇによって付着物が除去される。また、上記加熱定着ロール２の表面には、当該加熱定着ロール２の表面を所定のタイミングで外部から加熱する外部加熱ロール１３が設けられている。
【００３４】
また、上記加熱定着ロール２の表面には、耐熱性のエンドレスベルト３が所定のニップ幅に渡って圧接するように配置されている。このエンドレスベルト３は、例えば、厚さ７５μｍ、幅３4 ０ｍｍ、周長２１４ｍｍのポリイミドフィルムによって形成され、３本のロール１５、１６、１７により、約５ｋｇｆの張力にて張架されている。上記３本のロール１５、１６、１７の直径は、例えば、それぞれ２３ｍｍ、１８ｍｍ、１８ｍｍに設定されている。また、上記３本のロール１５、１６、１７のうち、加圧ロール１５とインレットロール１６は、例えば、ステンレス等によってクラウン形状に形成されているとともに、ステアリングロール１７は、表面にシリコンゴムコートが施されたステンレス等によって円筒状又は円柱状部材に形成されている。
【００３５】
上記加圧ロール１５は、ベルトニップの出口において、例えば、６０ｋｇｆの圧力で加熱定着ロール２の表面に圧接するように配置されている。なお、エンドレスベルト３は、加熱定着ロール２に圧接した状態で従動回転するように構成されいてる。このため、加熱定着ロール２の弾性体層６は変形し、その表面には歪みεが発生し、記録媒体がそれ自身の剛性により剥離可能となっている。なお、図中、１８はインレットロール１６の内部に必要に応じて配置されるエンドレスベルト３を加熱するためのハロゲンランプを示すものである。また、１９は未定着トナー像２０を担持した記録用紙等の記録媒体を示すものである。
【００３６】
さらに、上記ロール１５とロール１６との間には、エンドレスベルト３を加熱定着ロール２の表面に所定の圧力で押圧するための圧力付与部材としてのパッド部材４が配置されている。このパッド部材４は、図２に示すように、ステンレス等の金属からなるベースプレート２１の表面に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の合成樹脂からなるシム２２を介して、ステンレス等の金属からなる支持プレート２３上に積層された弾性体層２４を配置して構成されている。また、上記パッド部材４の表面は、シート状部材としてのパッドシート２５によって全周が被覆されている。上記弾性体層２４が積層された支持プレート２３は、その長手方向の両端部に設けられた取り付けネジ２６によって、シム２２を介してベースプレート２１に固定されている。さらに、上記パッド部材４は、ベースプレート２１側に配置された図示しない圧縮コイルスプリングによって、加熱定着ロール１に向けて例えば５０ｋｇｆの押圧力で圧接されている。上記ベースプレート２１としては、例えば、幅（ベルトの走行方向）２０ｍｍ、長さ（紙面の垂直方向）３６０ｍｍ、厚さ７．５ｍｍのステンレス鋼製のものが用いられる。また、弾性体層２４は、ゴム硬度２０°のシリコーンスポンジ（シリコーンゴムの発泡体）からなる厚さ５ｍｍのものである。なお、ここでゴム硬度は、高分子科学社製のアスカーＣタイプのスポンジ用ゴム硬度計により、荷重３００ｇｆを付加して計測した結果である。
【００３７】
ここで、上記パッド部材４に弾性体層２４を設けることにより、パッドシート２５のエンドレスベルト３と接触する接触面は、加熱定着ロール２の外周面と整合可能になっている。すなわち、一定以上の荷重によってパッド部材４を加熱定着ロール２に向けて押圧すれば、弾性体層２４が変形し、パッドシート２５の接触面が加熱定着ロール２の外周面に沿って圧接されるように変形するようになっている。したがって、パッド部材４が図示しない圧縮コイルスプリングによって加熱定着ロール２に押圧されると、エンドレスべルト３は加熱定着ロール２に隙間なく圧接される。
【００３８】
また、上記エンドレスべルト３の内面には、図１及び図２に示すように、粘度３００ｃｓのアミン変性シリコンオイルが、フェルト等からなる潤滑剤塗布部材２７によって塗布されるようになっており、これによってエンドレスベルト３とパッドシート２５との間の摩擦係数が小さくなるようになされている。そして、アミン変性シリコンオイルを塗布した状態では、エンドレスベルト３は、加熱定着ロール２の回転に伴って、パッドシート２５上を滑りながら、当該加熱定着ロール２と等しい速度で走行することが可能となっている。
【００３９】
ところで、この実施の形態では、前記圧力付与部材と無端ベルトの摺動抵抗を軽減するため前記圧力付与部材を覆うシート状部材を備えており、このシート状部材は、耐熱性および耐磨耗性を有する材料からなり、表面に大きな凹凸が形成されるように構成されている。
【００４０】
すなわち、この実施の形態では、図２及び図３に示すように、圧力付与部材としてのパッド部材４の表面が、シート状部材としてパッドシート２５によって被覆されている。このパッドシート２５は、例えば、厚さ７５μｍ程度のポリイミドフィルム等の耐熱性および耐磨耗性を有する合成樹脂製のフィルムによって、略円筒状に形成されている。このパッドシート２５を形成する材料は、耐熱性、耐磨耗性を有するものであれば、如何なるものでも使用することができる。上記パッドシート２５を形成する材料としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリアイドイミド（ＰＡＩ）、ピーク（Ｐｅｅｋ）等が挙げられる。
【００４１】
また、上記パッドシート２５の表面には、少なくともエンドレスベルト３の表面に圧接する部分、及び加圧ロール１５の表面に接触する部分２５ａに、大きな凹凸２８が形成されている。このパッドシート２５表面の大きな凹凸２８は、例えば、当該パッドシート２５を構成するシート材料の表面に、当該特殊なエンボス加工や、サンディング加工を施すことによって形成される。
【００４２】
このように、上記パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８を形成することにより、当該パッドシート２５とエンドレスベルト３内面との接触点を減らし、点接触とすることにより、パッドシート２５とエンドレスベルト３内面との摺動抵抗を低減するためである。
【００４３】
更に説明すると、上記パッドシート２５は、図４に示すように、厚さ７５μｍ程度のポリイミドフィルム３０に、所定の大きさの凹凸３１を有するエンボス加工用のエンボス型３２を用いて、加圧エンボス加工を施すことにより、当該パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８が形成される。
【００４４】
ところで、本発明者らは、図４に示すように、先端が鋭利なエンボス型３２と、先端が丸いエンボス型３２とを用いて、ポリイミドフィルム３０の表面に所定の大きさの凹凸２８をエンボス加工により形成して、当該エンボス加工が施されたポリイミドフィルム３０によってパッドシート２５を構成して、後述するように、当該パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８を形成することによる摺動抵抗の低減効果を確認する実験を行ったところ、図５に示すような結果が得られた。
【００４５】
その結果、図５に示すように、先端が鋭利なエンボス型３２を用いて表面に大きな凹凸２８を形成したパッドシート２５を使用した場合には、摺動抵抗の低減効果が長期間にわたって維持することができたが、先端が丸いエンボス型３２を用いて表面に大きな凹凸２８を形成したパッドシート２５を使用した場合には、摺動抵抗の低減効果が急速に失われ、摺動抵抗が急激に増加して、ベルト駆動負荷電流値が早い時期に高い値を示すことがわかった。
【００４６】
これは、パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８を形成するのに、先端が鋭利なエンボス型３２を用いた場合には、図６に示すように、パッドシート２５が塑性変形して、凹凸２８形状が長期間維持されるのに対して、先端が丸いエンボス型３２を用いた場合には、パッドシート２５が弾性変形して、凹凸２８形状が早い時期に失われるか、平面に近い形状に復帰してしまうためと考えられる。
【００４７】
次に、上記の如く表面に大きな凹凸２８が形成されたパッドシート２５の製造方法について説明する。
【００４８】
上記パッドシート２５を構成する耐熱性および耐磨耗性を有する合成樹脂製のフィルムとしては、例えば、厚さ７５μｍのポリイミドフィルム３０（ユーピレックス−７５ＲＮ：宇部興産社製、商品名）が用いられる。このポリイミドフィルム３０は、図７（ａ）に示すように、まず、所定の長方形状に外形が外抜きされると同時に、取り付け用の穴３５が打ち抜かれる。次に、上記ポリイミドフィルム３０の表面には、エンボス成形によって所定の幅にわたって大きな凹凸２８が形成される。
【００４９】
このエンボス成形による大きな凹凸２８の形成は、図８に示すように、エンボス加工機の下型４０上に、エンボス加工を施すエンボス型３２を載置し、当該エンボス型３２の上に、所定の形状に形成されたポリイミドフィルム３０を載せ、その上にクッション材として厚さ２．０ｍｍのシリコンゴム４１を介して、上型４２によって、所定の圧力Ｐ（例えば、６０ｋｇ／ｃｍ2 ）で押圧することにより、エンボス型３２によってポリイミドフィルム３０にエンボス加工を施す。プレス時間は、例えば、１．０ｍｉｎ程度に設定され、エンボス加工を施す前に、エンボス加工機の下型４０及び上型４２を、１７５℃程度に加熱しておくとともに、エンボス加工を施す環境温度も、１７５℃程度に設定される。
【００５０】
上記エンボス加工に使用されるエンボス型３２は、図９に示すように、Ｓ４５Ｃ等の鋼材によって、平面長方形状に形成されており、このエンボス型３２の表面には、ポリイミドフィルム３０のエンボス加工を施す幅に応じて、所定の大きさの凹凸３１が一様に形成されている。上記エンボス型３２表面の凹凸３１は、例えば、正四角錘状に形成されており、当該凹凸３１の高さは１２０μｍ〜０．５ｍｍ、凹凸３１の山の間隔は１．０ｍｍに設定される。また、上記エンボス型３２表面の凹凸３１が形成された領域の幅は、例えば、５５ｍｍに設定される。
【００５１】
次に、図７（ａ）に示すように、上記の如くエンボス加工が施されたポリイミドフィルム３０を、図３に示すように、円筒形状に形成するとともに、当該円筒形状に形成されたポリイミドフィルム３０の重なり部分に、接着剤を塗布する。
【００５２】
その後、上記ポリイミドフィルム３０に塗布された接着剤を加熱して硬化させる。
【００５３】
このようにして、図７（ｂ）に示すように、ポリイミドフィルム３０によって表面に大きな凹凸２８が形成されたパッドシート２５が製造される。このパッドシート２５の表面には、図７（ｃ）に示すように、所定の幅にわたって大きな凹凸２８が形成される。上記パッドシート２５の表面に大きな凹凸２８が形成された領域２５ａは、図７（ｄ）に示すように、少なくとも加熱定着ロール２の表面に圧接する部分と、加圧ロール１５の表面に接触する部分にわたるように設定される。
【００５４】
また、この実施の形態では、上述したように、エンボス加工を１７５℃程度に加熱した環境下で行うことにより、ポリイミドフィルム３０にエンボス加工を施すことに伴って、当該ポリイミドフィルム３０を円筒形状に形成して、パッドシート２５を製造する際に、当該パッドシート２５に残留応力によって変形が生じるのを防止するように構成されている。
【００５５】
すなわち、上記ポリイミドフィルム３０にエンボス加工を施すことによって、パッドシート２５を製造する際に、当該パッドシート２５を構成するポリイミドフィルム３０に残留応力が生じる。そのため、上記ポリイミドフィルム３０をそのまま円筒状に形成してパッドシート２５を製造した場合には、図１０（ａ）に示すように、当該ポリイミドフィルム３０の残留応力によって、円筒状のパッドシート２５が一方の径方向に競り上がり、パッドシート２５の軸方向の途中が楕円形状に変形してしまう。このように変形したパッドシート２５を、図１に示す定着装置１において使用すると、パッドシート２５の変形によって、ニップ部内のパッドシート２５が座屈し、圧力のかからない部分が発生するか、または、座屈している周りの圧力が上がり、本来の図１１（ａ）から、図１１（ｂ）に示すように、パッド部材４の圧力分布がＷ型となり、紙しわの原因となる。
【００５６】
そこで、上述したように、エンボス加工を１７５℃程度に加熱した環境下で行うことにより、ポリイミドフィルム３０にエンボス加工を施すことに伴って、当該ポリイミドフィルム３０を円筒形状に形成して、パッドシート２５を製造する際に、図１０（ｂ）に示すように、当該パッドシート２５に残留応力によって変形が生じるのを防止することができ、パッド部材４の圧力分布も狙いとする荷重分布を得ることができ、紙しわの発生を確実に防止することができる。
【００５７】
また、この実施の形態では、表面に大きな凹凸２８が形成されたパッドシート２５を製造する際に、エンボス加工以外に、サンディング加工によって、大きな凹凸２８をパッドシート２５の表面に形成するように構成しても良い。
【００５８】
このサンディング加工は、ポリイミドフィルム３０を円筒状に形成した後、当該円筒状に形成されたポリイミドフィルム３０の表面に施される。更に説明すると、図１２に示すように、円筒状に形成されたポリイミドフィルム３０を、サンディング加工を施すための治具である割りフィックスに挿入し、この割りフィックスをサンディング機に装着する。そして、このサンディング機によって、連続紙からなるサンディングペーパーによって研磨することによって、当該円筒状に形成されたポリイミドフィルム３０の表面に、所定の大きさの凹凸２８を形成する。このポリイミドフィルム３０の表面に形成される凹凸２８は、サンディングペーパーの粗さを適宜設定することにより、所定の大きさに設定される。
【００５９】
上記パッドシート２５の表面に形成される凹凸２８の大きさは、例えば、当該パッドシート２５の表面粗さに伴ううねり曲線の特性値を表すＷＣ−ａの値によって評価される。このＷＣ−ａ値は、図２０に示すように、ろ波中心線うねりと呼ばれるものであり、ろ波中心線うねり曲線から中心線の方向に、測定長さＬの部分を抜取り、この抜取り部分の中心線とろ波中心線うねり曲線との偏差の絶対値を算術平均した値をいう。
【００６０】
次に、本発明者らは、表面に形成された凹凸２８のＷＣ−ａ値が異なる種々のパッドシート２５を試作し、初期的に摺動抵抗の低減効果がどのように異なるかを確認する実験を行った。
【００６１】
その際、上記パッドシート２５の表面に図１３に示すようにサンディング加工を施す際に、当該サンディング加工を施すときの方向性を、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、プロセス方向研磨、ラテラル方向研磨、及びランダム方向研磨と異ならせて、摺動抵抗の低減効果をそれぞれ評価した。
【００６２】
図１５は上記実験の結果を示すものである。
【００６３】
この図１５から明らかなように、パッドシート２５の表面に、プロセス方向に沿って研磨を施した場合には、摺動抵抗の低減効果が不十分であり、摺動抵抗の増加に伴う像ずれの発生を防止することができない。
【００６４】
これに対して、パッドシート２５の表面に、ラテラル方向に沿って研磨を施した場合には、凹凸２８のＷＣ−ａ値が０．８以上であれば、摺動抵抗の低減効果が十分得られ、摺動抵抗の増加に伴う像ずれの発生を防止することができることがわかった。
【００６５】
更に、本発明者らは、表面に形成された凹凸２８のＷＣ−ａ値が異なる種々のパッドシート２５と、エンボス加工によって表面に形成された凹凸２８の大きさが異なる種々のパッドシート２５を試作し、当該パッドシート２５とエンドレスベルト３との摺動抵抗の低減に伴う、ベルト駆動モータの駆動負荷電流値の変化を、初期状態と、１００ｋｐｖ（１ｋｐｖ＝１０００枚）定着後において、測定する実験を行った。
【００６６】
図１６及び図１７は上記実験の結果を示すものである。
【００６７】
これら図１６及び図１７から明らかなように、本発明の実施例１〜８の場合には、所定の荷重分布を得ることができ、しかも初期状態と、１００ｋｐｖ定着後ともに、ベルト駆動モータの駆動負荷電流値を、像ずれが発生する臨界値である０．９０（Ａ）以下に維持することができ、摺動抵抗の低減効果が十分得られ、摺動抵抗の増加に伴う像ずれの発生を防止することができることがわかった。
【００６８】
また、パッドシート２５と凸起２８は、高さが５０μｍ以上であれば、摺動抵抗の低減効果が十分得られることがわかる。
【００６９】
これに対して、比較例１〜６の場合には、図１６及び図１７から明らかなように、比較例５、６が荷重分布がＷ型となった紙しわが発生し、他の比較例は、荷重分布は、ＯＫであるものの、いずれも初期状態、又は１００ｋｐｖ定着後に、ベルト駆動モータの駆動負荷電流値が、０．９０（Ａ）を越えてしまい、摺動抵抗の低減効果が十分得られず、摺動抵抗の増加に伴う像ずれが発生してしまうことがわかった。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ベルトニップ方式の定着装置において、定着ベルトと圧力付与部材を被覆するシート状部材との摩擦を長期にわたって低減することができ、当該シート状部材の磨耗等に伴う画像ずれの発生を防止し、二次的には、定着ベルトと圧力付与部材を被覆するシート状部材との摩擦増大に伴う加熱定着ロールのエッジの磨耗や紙しわの発生を防止することが可能な定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明の一実施の形態に係る定着装置を示す構成図である。
【図２】 図２はこの発明の一実施の形態に係る定着装置の要部を示す構成図である。
【図３】 図３はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートを示す斜視構成図である。
【図４】 図４はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートの加工方法を示す説明図である。
【図５】 図５はエンドレスベルトの空回転数とベルト駆動負荷電流値との関係を示すグラフである。
【図６】 図６（ａ）（ｂ）はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートの加工に使用する型の形状の違いによる加工形状をそれぞれ示す説明図である。
【図７】 図７（ａ）〜（ｄ）はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートの製造工程をそれぞれ示す説明図である。
【図８】 図８はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートのエンボス加工を示す説明図である。
【図９】 図９はパッドシートのエンボス加工に使用する型を示す構成図である。
【図１０】 図１０（ａ）（ｂ）はエンボス加工時のパッドシートの加熱処理の有無によるパッドシートの形状等をそれぞれ示す説明図である。
【図１１】 図１１（ａ）（ｂ）はエンボス加工時のパッドシートの加熱処理の有無によるパッドシートの荷重分布をそれぞれ示す説明図である。
【図１２】 図１２はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のパッドシートのサンデイング加工を示す説明図である。
【図１３】 図１３はこの発明の一実施の形態に係る定着装置のサンデイング加工されたパッドシートを示す斜視構成図である。
【図１４】 図１４（ａ）〜（ｃ）はサンデイング加工の方向性をそれぞれ示す説明図である。
【図１５】 図１５はサンデイング加工の方向性によるパッドシート表面の凹凸を示すパラメータとベルト駆動負荷電流値との関係を示すグラフである。
【図１６】 図１６は実験結果を示す図表である。
【図１７】 図１７は実験結果を示す図表である。
【図１８】 図１８は本発明と従来の定着装置におけるエンドレスベルトの空回転数とベルト駆動負荷電流値との関係を示すグラフである。
【図１９】 図１９は像ずれの発生メカニズムを示す説明図である。
【図２０】 図２０はパッドシート表面の凹凸を評価するパラメータを示す説明図である。
【符号の説明】
１：定着装置、２：加熱定着ロール、３：エンドレスベルト、４：圧力付与部材、２５：パッドシート（シート状部材）。
Claims (6)
- 加熱源を有する加熱定着部材と、外周面が前記加熱定着部材に押圧され、トナー像を担持した記録媒体が前記加熱定着部材との間に挟み込まれるニップ部を形成する無端ベルトと、前記無端ベルトの内側面に当接され、加熱定着部材の表面に沿って前記無端ベルトを押圧する圧力付与部材と、前記圧力付与部材と無端ベルトの摺動抵抗を軽減するため前記圧力付与部材を被覆するシート状部材を備えた定着装置において、前記シート状部材は、耐熱性および耐磨耗性を有する材料からなり、表面にＷＣ−ａの値が０．８μｍ以上であって、かつラテラル方向又はランダム方向の凹凸が形成されていることを特徴とする定着装置。
- 請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材は、耐熱性および耐磨耗性を有する合成樹脂材料からなることを特徴とする定着装置。
- 請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材の表面に形成される凹凸は、先端が鋭利なものを押圧し、凸部先端を塑性変形させることを特徴とする定着装置。
- 請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材の表面に形成される凹凸は、少なくとも無端ベルトの回転方向と異なる方向に研磨またはエンボス加工して形成されることを特徴とする定着装置。
- 請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材は、加熱条件下で凹凸を形成する表面処理を行なうか、又は凹凸を形成する表面処理後、加熱処理を行うことを特徴とする定着装置。
- 請求項１に記載の定着装置において、前記シート状部材の表面に形成される凸起は、高さが５０μｍ以上であることを特徴とする定着装置。
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