(57)【要約】【課題】定着部材の表面を研磨し続けても研磨性能が低下せず、定着部材の表面に生じる傷跡や筋跡が画像に転写されることを防止できる研磨ロール及び定着装置を提供する。【解決手段】定着装置の定着部に用いられる定着部材を研磨する研磨ロール１は、芯体１０と、該芯体１０の周囲に設けられた研磨層１１とを具備し、研磨層１１は、多角形状の炭化ケイ素１２と、樹脂及びゴムから選択される少なくとも一種のバインダーとを含有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置の定着部に用いられる定着部材の表面を研磨する研磨ロールであって、
芯体と、該芯体の周囲に設けられた研磨層とを具備し、
前記研磨層は、多角形状の炭化ケイ素と、樹脂及びゴムから選択される少なくとも一種のバインダーとを含有することを特徴とする研磨ロール。
【請求項２】
請求項１に記載する研磨ロールにおいて、
前記研磨層中における前記炭化ケイ素の含有量は、４５質量％〜７０質量％の範囲にあることを特徴とする研磨ロール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載する研磨ロールにおいて、
前記炭化ケイ素の平均粒径は、８μｍ〜１０μｍであることを特徴とする研磨ロール。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載する研磨ロールにおいて、
前記バインダーは、フッ素樹脂であることを特徴とする研磨ロール。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載する研磨ロールと、前記定着部材とを具備することを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置の定着部に用いられる定着部材の表面を研磨する研磨ロール及びこれを備えた定着装置に関し、定着部材に生じる傷跡、筋跡の凹凸差を低減するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンター等の画像形成装置には、定着装置が備えられている。定着装置は、無端状の定着ベルト等の定着部材と、定着部材に対向して配置される加圧ロールとを備える。定着装置では、定着部材と加圧ロールで形成されるニップ部を記録用紙が通過することにより、熱と圧力でトナーの定着が行われる。ニップ部を同一サイズの記録用紙や厚い記録用紙が連続して通過する際、記録用紙の端部と接触する定着部材の部分には傷跡や筋跡が形成される。傷跡や筋跡は、定着ベルトの表面で凹凸として残るため、これらが画像に転写されると、画像不良を引き起こすという問題がある。
【０００３】
このような画像不良を防ぐ手法として、表面にアルミナ粒子を含有させたロールを定着部材に接触させながら回転させ、定着部材の表面形状を調整及び回復させる方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載されたロールでは、長期間の使用によりアルミナ粒子が摩耗したり、定着部材起因の削りクズがロール表面に付着して目詰まりするという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３０８２５号公報
【特許文献２】特開２００８−４０３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、定着部材の表面を研磨し続けても研磨性能が低下せず、定着部材の表面に生じる傷跡や筋跡が画像に転写されることを防止できる研磨ロール及び定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の態様は、定着装置の定着部に用いられる定着部材の表面を研磨する研磨ロールであって、芯体と、該芯体の周囲に設けられた研磨層とを具備し、前記研磨層は、多角形状の炭化ケイ素と、樹脂及びゴムから選択される少なくとも一種のバインダーとを含有することを特徴とする研磨ロールにある。
【０００８】
かかる発明によれば、定着部材の表面を研磨し続けても、研磨性能が低下せず、定着部材に生じる傷跡や筋跡の凹凸差を低減し、かかる傷跡や筋跡を修復することができる。これにより、定着部材の傷跡や筋跡が画像に転写されることを防止することができる。
【０００９】
ここで、前記研磨層中における前記炭化ケイ素の含有量は、４５質量％〜７０質量％の範囲にあることが好ましい。
【００１０】
これによれば、定着部材に生じる傷跡や筋跡の凹凸差をより一層低減し、かかる傷跡や筋跡を良好に修復することができる。
【００１１】
ここで、前記炭化ケイ素の平均粒径は、８μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
【００１２】
これによれば、研磨層の凸部を所定範囲に揃えることができ、定着部材の傷跡、筋跡を含む表面全体の凹凸差をさらに低減することができる。
【００１３】
ここで、前記バインダーは、フッ素樹脂であることが好ましい。
【００１４】
これによれば、炭化ケイ素を安定して保持することができ、研磨層の凸部を均一に形成することができる。また近年、環境問題に対する意識の高まりから，超微粒子（ＵＦＰ：Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）の発生を抑制することが望まれてきている。フッ素樹脂を使用することでＵＦＰの発生を低減することができる。
【００１５】
本発明の他の態様は、前記何れか一項に記載する研磨ロールと、前記定着部材とを具備することを特徴とする定着装置にある。
【００１６】
かかる発明によれば、定着部材の表面を研磨し続けても、研磨性能が低下しない研磨ロールを具備するため、定着部材に生じる傷跡や筋跡が画像に転写されることを防止することができる。これにより、信頼性の高い定着装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、定着部材の表面を研磨し続けても研磨性能が低下せず、定着部材に生じる傷跡や筋跡の凹凸差を低減し、かかる傷跡や筋跡を修復することができる。これにより、定着部材の傷跡や筋跡が画像に転写されることを防止できる研磨ロール及び定着装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る研磨ロールの側面図、横断面図及び要部拡大断面図である。
【図２】実施形態１に係る研磨ロールを用いて定着ベルトの表面が研磨される状態を示す断面図である。
【図３】実施形態１に係る研磨ロールを具備する定着装置の断面図である。
【図４】十点平均粗さの差と砥粒の含有量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
本発明に係る研磨ロールは、定着装置の定着部に用いられる定着部材の表面を研磨し、定着部材表面に生じる傷跡や筋跡を修復するものである。実施形態１では、定着部材として無端状の定着ベルトを例示し、かかる定着ベルトの表面を研磨する研磨ロールについて説明する。
【００２１】
図１（ａ）に、本実施形態に係る研磨ロールの側面図、図１（ｂ）に、研磨ロールの横断面図、図１（ｃ）に、研磨ロールの要部拡大断面図を示す。
【００２２】
研磨ロール１は、円筒形状を有する。研磨ロール１は、定着ベルトとほぼ同等な長さ（長手方向寸法）と、定着ベルト表面を圧接することにより得られる研磨面を形成するための幅（短手方向寸法）とを有する。
【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、研磨ロール１は、芯体１０と、該芯体１０の周囲に設けられた研磨層１１とを具備し、内側から芯体１０及び研磨層１１が積層されている。定着ベルトの表面を研磨する研磨層１１は、多角形状の炭化ケイ素１２とバインダーとで構成されている。多角形状の炭化ケイ素１２は、定着ベルト２０の表面を研磨するための砥粒として含有される。
【００２４】
図１（ｃ）に示すように、多角形状の炭化ケイ素１２は研磨層１１の表面から突出し、表面は多数の凸部となっている。このような構成の研磨ロール１を定着ベルト２０に圧接させながら回転させると、多数の凸部により定着ベルト２０の表面は押圧され、詳細は後述するが、定着ベルト２０の傷跡や筋跡の凹凸差を低減し、傷跡や筋跡を修復することができる。
【００２５】
研磨ロール１を構成する芯体１０は、金属又は樹脂材料からなる。金属又は樹脂材料は、バインダーを介して炭化ケイ素を保持できるものであれば、特に制限はない。また、芯体１０の厚さ、形状についても特に制限はない。
【００２６】
研磨層１１に含有されるバインダーは、芯体１０と炭化ケイ素１２を接着するために用いられる。バインダーは、樹脂及びゴムから選択される少なくとも一種を含有することが好ましい。樹脂としては、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等を挙げることができ、特に、耐熱性及び耐摩耗性を有するフッ素樹脂が好ましい。
【００２７】
フッ素樹脂としては、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、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（ＦＥＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等を挙げることができ、特に、ＰＦＡ、ＰＴＦＥが好ましい。本実施形態では、バインダーとしてＰＦＡを用いている。
【００２８】
ゴムとしては、例えば、フッ素ゴム及びウレタンゴム等を挙げることができる。
【００２９】
研磨層１１に含有される炭化ケイ素１２は、上述したように多角形状を有する。多角形状であることにより、研磨層１１の表面は鋭い凸部となり、定着ベルトの傷跡、筋跡を含む表面全体を均一に押圧することができる。
【００３０】
研磨層中における炭化ケイ素の含有量は、４５質量％〜７０質量％が好ましく、より好ましくは５０質量％〜６５質量％である。４５質量％未満の含有量では、砥粒としての炭化ケイ素の量が少なく、研磨性能が十分に発揮できない。また、７０質量％より多い含有量では、炭化ケイ素が研磨層から剥がれ易くなるからである。
【００３１】
また、炭化ケイ素の平均粒径は、８μｍ〜１０μｍであることが好ましい。炭化ケイ素の平均粒径が８μｍ未満では、研磨層１１の表面に形成される凸部が小さくなり、傷跡、筋跡の凹凸差を均一に低減することができなくなる。一方、炭化ケイ素の平均粒径が１０μｍより大きいと、研磨層の表面に形成される凸部が大きくなり、定着ベルトに傷を作ってしまうおそれがある。なお、炭化ケイ素の平均粒径は、レーザー解析・散乱法やコールターカウンター法により測定した粒度分布から算出することができる。本実施形態では、レーザー解析・散乱法により測定した値を用いている。
【００３２】
ここで、研磨層１１に含有される多角形状の炭化ケイ素１２は、従来、砥粒として用いられてきたアルミナ砥粒とは異なり、定着ベルト２０の表面を研磨し続けても研磨性能が低下しない砥粒である。これは、炭化ケイ素１２の硬度がアルミナより高く、且つ研磨層１１の表面が多角形状、つまり、鋭い凸部を有することに起因する。炭化ケイ素１２は非常に硬く、変形しにくい性質を有するため、定着ベルトと圧接しながら回転させても、鋭い凸部を一定の形状に維持することができる。また、仮に炭化ケイ素１２が研磨中に粉砕したとしても、多角形状の炭化ケイ素１２、すなわち、硬く、鋭い凸部は再生される。このため、砥粒として多角形状の炭化ケイ素１２を用いることにより、研磨ロール１を長期間に亘り使用することが可能となる。
【００３３】
なお、研磨層１１の厚さは、例えば、１０μｍ〜６０μｍであり、好ましくは、２０μｍ〜４０μｍである。これは、研磨層１１を構成する樹脂が炭化ケイ素１２を安定して保持できる厚さである。また、研磨層１１は、樹脂及び炭化ケイ素１２と共に硬化剤、顔料又は添加剤等が添加されていてもよい。
【００３４】
本実施形態に係る研磨ロール１によれば、定着ベルト２０の表面を研磨し続けても研磨性能が低下せず、定着ベルトの表面に生じる傷跡や筋跡の凹凸差を低減し、かかる傷跡や筋跡を修復することができる。これにより、定着ベルトの傷跡や筋跡が画像に転写されることを防止することができる。
【００３５】
次に、定着ベルト２０の研磨方法について説明する。図２に、研磨ロールを用いて、定着ベルトの表面が研磨される状態を示す断面図を示す。
【００３６】
図２に示すように、定着ベルト２０の研磨は、定着ベルト２０と研磨ロール１とを所定の圧力で圧接しながら、互いに異なる線速度で、矢印の方向、すなわち、逆方向に回転させて行うのが好ましい。このように、定着ベルト及び研磨ロールを異なる線速度で圧接回転させることにより、研磨ロール１の炭化ケイ素１２の凸部を定着ベルト２０の表面全体に亘り確実に押圧することができ、定着ベルト２０の傷跡や筋跡の凹凸差をより一層低減することができる。なお、定着ベルト及び研磨ロールの回転は同方向であってもよく、線速度は等速でもよい。
【００３７】
次に、本実施形態の定着装置について説明する。
【００３８】
本実施形態に係る定着装置２は、上述した研磨ロール１を具備するものである。
【００３９】
図３に、実施形態１に係る研磨ロールを用いて定着ベルトの表面研磨を実施する状態を示す定着装置の断面図を示す。図３に示すように、定着装置２は、実施形態１に係る研磨ロール１と、定着ベルト２０と、定着ベルト２０に対向して配置される加圧ロール２２と、定着ベルト２０の内側に設けられ、定着ベルト２０を介して加圧ロール２２を押圧し、所定のニップ部を形成する押圧部材２１とを具備するものである。
【００４０】
本実施形態の定着装置２は、さらに、定着ベルト２０と加圧ロール２２とで形成されるニップ部を通過する通紙枚数をカウントするカウント手段２５と、カウント手段２５からの信号に基づき、定着操作を停止して研磨ロール１による研磨操作を実施する制御手段２６とを備えている。
【００４１】
定着ベルト２０は、例えばポリイミド等の樹脂ベルト又は電鋳ベルトを用いたものが好ましい。特に、電鋳ベルトは応力集中による破壊が生じ難いので、電鋳ベルトを適用するのが好ましい。
【００４２】
押圧部材２１は、例えばゴム等の弾性体及び樹脂、金属等から構成される。表面には、必要に応じてフッ素樹脂等からなる層が形成されたり、摺動シートや溝等が設けられることもある。
【００４３】
加圧ロール２２は、例えば金属等からなる芯金２３と、芯金２３の周囲に形成されたゴム等からなる弾性層２４とを具備する。また、弾性層２４の周囲にはフッ素樹脂等からなる離型層を設けたものでもよい。
【００４４】
また、図示されないが、定着ベルト２０の内側又は外側には定着ベルト２０を加熱するための加熱手段が設けられている。加熱手段としては、ハロゲンヒーター、電熱線ヒーター、赤外線ヒーター、励磁コイル（熱源）による電磁誘導発熱等を挙げることができる。
【００４５】
定着ベルト２０の研磨の実施は、カウント手段２５及び制御手段２６により行われる。まず、カウント手段２５は、例えば、通常の記録用紙や、厚い記録用紙等の紙種毎の通紙枚数の合計が所定枚数に達した場合に、通紙枚数のカウント数を制御手段２６に伝達する。制御手段２６は、受信したカウント数が所定数以上となった場合、定着操作を一時的に停止し、定着ベルト２０と離間して配設されている研磨ロール１を、図３に示すように、定着ベルト２０と接触するように配設する。そして、所定の圧力で定着ベルト２０を圧接しながら定着ベルト２０を従動回転させることにより、研磨操作を実施する。なお、研磨操作は、手動により実施してもよい。
【００４６】
本実施形態の定着装置によれば、通紙枚数の増加により定着ベルトの傷跡や筋跡が生じ得る状態又は生じた場合に、定着部における定着操作を一時的に停止して定着ベルトの表面研磨を実施することができる。また、本実施形態の定着装置２は、定着ベルトの表面を研磨し続けても研磨性能が低下しない研磨ロールを具備するものである。これにより、定着ベルトの傷跡や筋跡が画像に転写されることなく、信頼性の高い定着装置を実現することができる。
【００４７】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
以下の手順で、研磨ロール１を製造した。ＰＦＡ塗料（三井デュポンフロロケミカル社製：ＥＭ−５００ＣＬ）をフッ素樹脂固形分として５０質量部に、多角形状の炭化ケイ素砥粒（バイコウスキージャパン社製：平均粒径８μｍ〜１０μｍ）を５０質量部混合して塗布溶液を調製した。調製した塗布溶液をスプレーにより円筒形状の芯体表面に均一に塗布し、厚さ３０μｍの研磨層を作製した。芯体としては、φ１３．９５ｍｍのＳＵＳ製の芯金を用いた。その後、３５０℃〜４００℃の恒温槽で約１時間焼成し、芯体１０と、炭化ケイ素１２を含有する研磨層１１を備えた外径φ１４ｍｍの研磨ロール１を得た。
【００４９】
（実施例２）
実施例２では、ＰＦＡ塗料をフッ素樹脂固形分として４０質量部に、多角形状の炭化ケイ素砥粒を６０質量部混合して塗布溶液を調製した。これ以外は実施例１と同様の工程で研磨ロール１を作製した。
【００５０】
（実施例３）
実施例３では、ＰＦＡ塗料をフッ素樹脂固形分として３０質量部に、多角形状の炭化ケイ素砥粒を７０質量部混合して塗布溶液を調製した。これ以外は実施例１と同様の工程で研磨ロール１を作製した。
【００５１】
（比較例１）
比較例１では、ＰＦＡ塗料をフッ素樹脂固形分として６０質量部に、多角形状の炭化ケイ素砥粒を４０質量部混合して塗布溶液を調製した。これ以外は実施例１と同様の工程で研磨ロール１を作製した。
【００５２】
（比較例２）
比較例２では、ＰＦＡ塗料をフッ素樹脂固形分として６０質量部に、多角形状のアルミナ砥粒を４０質量部混合して塗布溶液を調製した。これ以外は実施例１と同様の工程で研磨ロール１を作製した。
【００５３】
（比較例３）
比較例３では、ＰＦＡ塗料をフッ素樹脂固形分として３０質量部に、多角形状のアルミナ砥粒を７０質量部混合して塗布溶液を調製した。これ以外は実施例１と同様の工程で研磨ロール１を作製した。
【００５４】
（比較例４）
比較例４では、ＰＦＡ塗料をフッ素樹脂固形分として３０質量部に、球形状のアルミナ砥粒を７０質量部混合して塗布溶液を調製した。これ以外は実施例１と同様の工程で研磨ロール１を作製した。
【００５５】
（試験例１）
実施例１〜３、比較例１〜４で作製した研磨ロールについて、図３に示す定着装置を用いて研磨性能の評価を以下の手順で行った。表１に、実施例１〜３、比較例１〜４で作製した研磨ロールの表面の研磨層に含有される砥粒の種類、形状、含有量及び下記式１により算出された十点平均粗さの差の値を示す。
【００５６】
まず、定着ベルトを１５０℃に昇温し、研磨ロールを一定加重で定着ベルトに押し付けた。次に、線速差をつけて研磨ロールと定着ベルトを３時間回転させ、研磨ロールの表面を目詰まりさせた。次に、定着ベルトを筋跡のある定着ベルトと取り換え、線速差をつけて、研磨ロールと定着ベルトを回転させ、定着ベルトの表面を３分間研磨した。研磨した定着ベルトの表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）を測定し、研磨ロールの研磨性能を評価した。
【００５７】
研磨性能の評価は、下記式１を使用して、定着ベルトの筋跡部分の十点平均粗さＲｚ１と、正常部分の十点平均粗さＲｚ２の差（以下、「十点平均粗さの差」と言う）から、筋跡の研磨度合を数値化することで行った。十点平均粗さの差が０．３以下の場合、筋跡が研磨されている、すなわち、研磨性能が良いと評価した。
【００５８】
［式１］
｜定着ベルトの筋跡部分のＲｚ１−定着ベルトの正常部分のＲｚ２｜≦０．３
【００５９】
なお、十点平均粗さＲｚの測定は、非接触式粗さ計（レーザー顕微鏡：キーエンス社製ＶＫ−Ｘ１００）を用いて、測定倍率１０００倍で行った。
【００６０】
ここで、「十点平均粗さ」とは、ＪＩＳ規格（Ｂ０６０１−１９９４）で定義される値である。具体的には、断面曲線から基準の長さを抜き取り、この抜き取った部分の平均線に対する最も高い部分から５番目までの高い部分の絶対値の平均値と、最も低い部分から５番目までの低い部分の低さの絶対値の平均値との和をマイクロメートル（μｍ）で表わしたものである。
【００６１】
以下、研磨性能の評価結果について説明する。図４に、十点平均粗さの差と砥粒の含有量（質量％）との関係を示す。
【００６２】
多角形状の炭化ケイ素の含有量が５０質量％〜７０質量％の研磨ロールを用いて、研磨性能を評価すると（実施例１〜３）、十点平均粗さの差は、いずれも０．３未満となった。一方、炭化ケイ素の含有量を４０質量％と少なくすると（比較例１）、十点平均粗さの差は、０．３より大きくなった。これにより、炭化ケイ素の含有量を５０質量％以上、図４によれば、４５質量％以上とすることにより十点平均粗さの差を０．３以下とすることができ、研磨ロールの研磨性能を向上できることがわかった。また、砥粒として、アルミナを用いた場合（比較例２〜４）、砥粒の形状が多角形状又は球状のどちらの場合も十点平均粗さの差は、０．３より大きくなった。また、比較例３、４から、アルミナの含有量を７０質量％と多くしても、十点平均粗さの差は、いずれも０．３より大きくなった。
【００６３】
以上の結果から、研磨ロールの研磨層に、砥粒として多角形状の炭化ケイ素を４５質量％以上含有させることにより、研磨性能を向上できることがわかった。これは、炭化ケイ素が多角形状で且つ硬度が高いことに起因する。多角形状の炭化ケイ素は、研磨中に粉砕しても、硬く、鋭い凸部が再生されるため、研磨性能は長期間、低下することなく維持されると考えられる。
【００６４】
本発明の研磨ロールによれば、定着ベルトの表面を研磨し続けても研磨性能が低下せず、定着ベルトに生じる傷跡や筋跡を修復することができる。このような研磨ロールを具備する定着装置は、定着ベルトの傷跡や筋跡が画像に転写されることによる画像不良が起こり難く、信頼性の高いものとなる。
【００６５】
【表１】
2014164130.tif 000003
【符号の説明】
【００６６】
１    研磨ロール
２    定着装置
１０  芯体
１１  研磨層
１２  炭化ケイ素
２０  定着ベルト
２１  押圧部材
２２  加圧ロール
２３  芯金
２４  弾性層
２５  カウント手段
２６  制御手段
【図２】
2014164130.tif 000004
【図３】
2014164130.tif 000005
【図４】
2014164130.tif 000006
【図１】
2014164130.tif 000007