(57)【要約】【課題】定着ローラーを巻回するように設けられ、通電により発熱する発熱ベルトが、定着ローラーに対してスリップするのを防止すること。【解決手段】発熱ベルト４０は、定着ローラー２０を巻回するように設けられ、通電により発熱する。発熱ベルト４０の内周面の表面粗さＲｚは、５．０〜２０．０[μｍ]の範囲であり、かつ、定着ローラー２０の外周面の表面粗さＲｚは、１００〜３００[μｍ]の範囲とされている。これにより、定着ローラー２０に対する発熱ベルト４０のスリップを防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラーと、前記定着ローラーを巻回するように設けられ、通電により発熱する発熱ベルトと、前記発熱ベルトを介して前記定着ローラーに対向する位置に設けられ、トナー像が形成された用紙を加圧する加圧ローラーと、を有する定着装置であって、
前記発熱ベルトの内周面の表面粗さＲｚは、５．０〜２０．０[μｍ]の範囲であり、
前記定着ローラーの外周面の表面粗さＲｚは、１００〜３００[μｍ]の範囲である、
定着装置。
【請求項２】
前記発熱ベルトの前記内周面の表面粗さＲＳｍは、２００〜４００[μｍ]の範囲であり、
前記定着ローラーの前記外周面の表面粗さＲＳｍは、３００〜６００[μｍ]の範囲である、
請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記発熱ベルトは、前記内周面から前記外周面に向かって、少なくとも、発熱層、補強層、弾性層、及び離型層が順次積層されている、
請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記補強層は、ポリイミド樹脂を用いて形成されている、
請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記発熱ベルトの前記内周面には、発熱層が形成されており、当該発熱層の内周面は、サンドブラスト処理が施されている、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
発熱ベルトの製造方法であって、
円筒状の芯金の表面を、表面粗さＲｚが５．０〜２０．０[μｍ]及び又は表面粗さＲＳｍが２００〜４００[μｍ]となるように、サンドブラスト処理を施す工程と、
前記芯金の表面側に、スパイラル塗布方式によって、発熱層、補強層及び弾性層を形成する工程と、
前記弾性層の表面側に離型層を形成する工程と、
中心から前記芯金を取り外す工程と、
を含む発熱ベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗発熱層への通電により自身が発熱する発熱ベルトを用いて、用紙上のトナー像を加熱して定着させるタイプの定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やプリンター等の画像形成装置に用いられる定着装置として、熱ローラー方式の定着装置が広く用いられてきた。熱ローラー方式の定着装置は、互いに圧接されたローラー対（定着ローラー及び加圧ローラー）を備え、このローラー対の両方或いはいずれか一方を、ローラーに内蔵されたハロゲンヒーター等によって加熱する。そして、未定着トナー画像が形成された記録紙をローラー対の圧接部を通過させることで、熱と圧力によりトナー画像を定着させるようになっている。
【０００３】
さらに近年、省エネルギー等の観点から、例えば特許文献１、２で開示されているような定着装置が提案されている。
【０００４】
特許文献１で開示されている定着装置は、定着ベルトを加熱する加熱手段として、ハロゲンランプに代えて面状の発熱部材を設け、この面状の発熱部材に定着ベルトを摺動させることによって、定着ベルトを加熱するものである。
【０００５】
また、特許文献２で開示されている定着装置は、抵抗発熱層への通電により自身が発熱する発熱ベルトを定着ベルトとして用い、この発熱ベルトに給電することにより、定着ベルトを直接発熱させるものである。
【０００６】
特許文献１や２で開示された定着装置は、従来の熱ローラー方式のようにハロゲンランプを用いてローラーを加熱する場合と比較して、熱容量が小さくて済むことから、熱応答性が向上し、かつウォームアップ時間を短縮でき、かつ省エネルギー化を達成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１６９０３０号公報
【特許文献２】特開２００９−１０９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１のように、定着ベルトを面状発熱部材に摺動させることで定着ベルトを加熱する構成においては、定着ベルトと面状発熱部材との間に摩擦が生じるため、定着ローラーにおいてローラー本体に対して定着ベルトがスリップするおそれがある。
【０００９】
また、特許文献２のように、自身が発熱する発熱ベルトを用いた場合においても、発熱ベルトは、一般に、ローラー本体（定着ローラー）に緩んだ状態で巻回されるので、定着ベルトがローラー本体に対してスリップするおそれがある。
【００１０】
ローラー本体に対して発熱ベルトがスリップすると、これに応じて、未定着トナー画像が形成された記録紙の圧接部での通過速度が変化してしまう。この結果、未定着トナー画像に所望の温度及び圧力を加えることができなくなるので、定着後の画像が劣化する要因になる。
【００１１】
本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、定着ローラーにおいてローラー本体に対して発熱ベルトがスリップすることを抑制して、定着画像の劣化を抑制できる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】
【００１２】
本発明の定着装置の一つの態様は、
定着ローラーと、前記定着ローラーを巻回するように設けられ、通電により発熱する発熱ベルトと、前記発熱ベルトを介して前記定着ローラーに対向する位置に設けられ、トナー像が形成された用紙を加圧する加圧ローラーと、を有する定着装置であって、
前記発熱ベルトの内周面の表面粗さＲｚは、５．０〜２０．０[μｍ]の範囲であり、
前記定着ローラーの外周面の表面粗さＲｚは、１００〜３００[μｍ]の範囲である。
【００１３】
また、本発明の定着装置の一つの態様は、
前記発熱ベルトの前記内周面の表面粗さＲＳｍは、２００〜４００[μｍ]の範囲であり、
前記定着ローラーの前記外周面の表面粗さＲＳｍは、３００〜６００[μｍ]の範囲である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ローラー本体に対する発熱ベルトのスリップを防止でき、定着画像の劣化を抑制できる定着装置を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態の定着装置の全体構成を示す図
【図２】図１のＩ−Ｉ断面図
【図３】発熱ベルトの軸方向の端部付近の断面図
【図４】定着ローラーの断面図
【図５】表面粗さＲｚの説明に供する図
【図６】表面粗さＲＳｍの説明に供する図
【図７】表面粗さＲｚ、ＲＳｍに対するスリップ性の実験結果を示す図
【図８】図８Ａはスリップ性の検証を行うための構成を示す図、図８Ｂは発熱ベルトに設けられた反射シート（パッチ）を示す図
【図９】発熱ベルトの製造方法の説明に供する断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置の全体構成を示す。図２は、図１のＩ−Ｉ断面図である。定着装置１０は、複写機やプリンター等の画像形成装置に用いられ、用紙上の未定着トナーを定着させる。
【００１８】
定着装置１０は、定着ローラー２０と、加圧ローラー３０と、を有する。定着ローラー２０には、発熱ベルト４０が弛みをもって巻回されている。定着ローラー２０は芯金２２を中心に回転自在とされており、加圧ローラー３０は芯金３１を中心に回転自在とされている。
【００１９】
また、発熱ベルト４０の軸方向の両端部には一対の電極層５１が形成されている。電極層５１には、電源５３に接続された回転可能な給電ロール５２が接触しており、これにより、給電ロール５２を介して電極層５１への給電が行われる。また、電極層５１は、発熱ベルト４０の後述する発熱層４１（図３）に電気的に接続されており、電極層５１を介して発熱層４１が通電される。
【００２０】
加圧ローラー３０は、発熱ベルト４０を介して定着ローラー２０に押し付けられており、その結果、発熱ベルト４０と加圧ローラー３０との間にはニップ部Ｎが形成される。未定着トナー像６１が転写された用紙６０がこのニップ部Ｎに挿入されると、未定着トナー像６１が用紙６０に熱定着される。
【００２１】
定着ローラー２０及び加圧ローラー３０を回転させるための駆動源は、定着ローラー２０、あるいは加圧ローラー３０のいずれに設けてもよい。いずれか片方のローラー２０、３０を駆動させる場合、他方のローラー２０、３０はニップ部Ｎにおける圧接力によって従動する。
【００２２】
このように、いずれか片方のローラー２０、３０を駆動させる場合、定着ローラー２０と発熱ベルト４０との間にスリップが生じるおそれがある。特に、本実施の形態のように、発熱ベルト４０が定着ローラー２０に弛みをもって巻回されている場合には、スリップがより生じ易くなる。
【００２３】
これを考慮して、本実施の形態では、発熱ベルト４０の内周面の表面粗さと、定着ローラー２０の外周面の表面粗さを、適正な範囲に選定することにより、定着ローラー２０と発熱ベルト４０との間のスリップを抑制できるようになっている。この表面粗さについては、後で詳しく説明する。
【００２４】
図３は、発熱ベルト４０の構成を示す模式的断面図である。発熱ベルト４０は、内周側から外周側へと順次、発熱層４１、補強層４２、弾性層４３及び離型層４４が積層されて構成されている。
【００２５】
発熱層４１は、ポリイミド樹脂からなるマトリックス樹脂中にカーボンナノ材料とフィラメント状金属微粒子とが実質的に均一に分散されて構成されている。なお、発熱層４１の構成は、これに限らず、要は通電により所定温度に発熱する材料により構成されていればよい。補強層４２は、ポリイミド樹脂により構成されている。弾性層４３は、例えばシリコーンゴムにより構成されている。離型層４４は、例えばフッ素樹脂により構成されている。
【００２６】
図４は、定着ローラー２０の構成を示す模式的断面図である。定着ローラー２０は、芯金２２の表面に弾性材２１が形成されて構成されている。弾性材２１は、シリコーンゴムを発泡して形成されたスポンジゴムにより形成されている。なお、弾性材２１の材質は、画像定着の必要温度である１５０度Ｃ〜２５０°Ｃ程度の耐熱性を有するものであれば特に限定されるものではない。
【００２７】
本実施の形態の場合には、定着ローラー２０に発熱ベルト４０を巻回した状態において、発熱ベルト４０の発熱層４１の内周面Ｆ１と、定着ローラー２０の弾性材２１の外周面Ｆ２とが当接する。本実施の形態では、互いに当接する表面Ｆ１、Ｆ２の表面粗さを規定することにより、定着ローラー２０に対する発熱ベルト４０のスリップを抑制する。
【００２８】
本実施の形態では、第１の条件として、発熱ベルト４０の内周面Ｆ１の表面粗さＲｚを、５．０〜２０．０[μｍ]の範囲とし、定着ローラー２０の外周面Ｆ２の表面粗さＲｚを、１００〜３００[μｍ]の範囲とする、ことを提示する。
【００２９】
また、本実施の形態では、第２の条件として、発熱ベルト４０の内周面Ｆ１の表面粗さＲＳｍを、２００〜４００[μｍ]の範囲とし、定着ローラー２０の外周面Ｆ２の表面粗さＲＳｍを、３００〜６００[μｍ]の範囲とする、ことを提示する。
【００３０】
ここで、上記表面粗さＲｚは、JIS B 0601-1994によって、次のように定義されたものである。すなわち、表面粗さＲｚは、図５に示されるように、粗さ曲線で最高の山頂から高い順に５番目までの山高さの平均と、最深の谷底から深い順に５番目までの谷深さの平均の和である。つまり、表面粗さＲｚは、次式により表されるものである。
【００３１】
【数１】
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また、上記表面粗さＲＳｍは、JIS B 0601-1994によって、次のように定義されたものである。すなわち、表面粗さＲＳｍは、図６に示されるように、基準長さｌｒ内での輪郭曲線要素の長さＸsの平均である。つまり、表面粗さＲＳｍは、次式により表されるものである。
【００３２】
【数２】
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図７は、発熱ベルト４０の内周面Ｆ１の表面粗さＲｚ、ＲＳｍ、及び、定着ローラー２０の外周面Ｆ２の表面粗さＲｚ、ＲＳｍを様々に変化させたときの、定着ローラー２０に対する発熱ベルト４０のスリップ性を検証した実験結果である。
【００３３】
スリップ性に丸印が付されたサンプルは、スリップが生じなかったサンプルを示す。スリップ性に三角印が付されたサンプルは、スリップが若干生じたが、スリップの量が実質的に問題の無い程度である、サンプルを示す。スリップ性に罰印が付されたサンプルは、スリップが大きく生じたサンプルを示す。
【００３４】
因みに、図７のスリップ性の検証は、図８に示したような構成によって行うことができる。つまり、図８Ａに示すように、発熱ベルト４０に対向する位置に、反射型の光センサ８０を設ける。図８Ｂに示すように、発熱ベルト４０の一部分には、光を反射する反射シート（パッチ）８１を設ける。発熱ベルト４０が回転することによって１周毎に設けられた反射シート８１から光が反射し、その反射光を光センサ８０が検知する。そして、検知信号から発熱ベルト４０が１周に要する時間を計算し、さらにその１周に要する時間と発熱ベルト４０の周長とから、発熱ベルト４０の回転速度を求めることができる。そして、回転速度の変化量に基づいてスリップ性を判断した。
【００３５】
図７の実験結果からも、上述した第１条件のように、発熱ベルト４０の内周面Ｆ１の表面粗さＲｚを５．０〜２０．０[μｍ]の範囲とし、かつ、定着ローラー２０の外周面Ｆ２の表面粗さＲｚを１００〜３００[μｍ]の範囲としたサンプル（サンプル１、２、３、４）は、スリップが生じないことが分かる。
【００３６】
また、上述した第２条件のように、発熱ベルト４０の内周面Ｆ１の表面粗さＲＳｍを２００〜４００[μｍ]の範囲とし、かつ、定着ローラー２０の外周面Ｆ２の表面粗さＲＳｍを３００〜６００[μｍ]の範囲としたサンプル（サンプル１、２、３、４）は、スリップが生じないことが分かる。
【００３７】
実際上、表面粗さが、第１条件又は第２条件のいずれか一方を満たすようにすれば、スリップを抑制できる。表面粗さが、第１条件及び第２条件の両方を満たすようにすれば、より確実にスリップを防止できる。
【００３８】
ここで、表面粗さＲｚは、ある長さにおける最大高さを規定しており、スリップが生じないようにするには非常に重要なパラメーターである。一方で、表面粗さＲＳｍは、ある長さにおける凹凸の平均長さであり、これもスリップが生じないようにするには非常に重要なパラメーターである。何故なら、後に説明する発熱ベルト４０の製造時に使用する円筒状の芯金７１の表面のブラスト処理は、一般的にビーズ径（球体）を芯金表面に噴射させて形成するため、ある一定の凸凹形状になり、ブラスト処理した表面の凸凹形状や最大高さにより脱型性が異なるためである。したがって、ＲｚとＲＳｍの両方を規定することで、発熱ベルト４０のスリップをより防止できるようになる。
【００３９】
なお、スリップが生じるか否かは、上述した表面粗さ以外に、定着ローラー２０に対する加圧ローラー３０の加圧力の影響を受ける。この加圧力が、３５０〜４５０［Ｎ］の範囲であれば、上述した第１条件及び又は第２条件に設定することにより、スリップを防止できる。
【００４０】
図９は、発熱ベルト４０の製造方法の説明に供する模式的断面図である。
【００４１】
先ず、円筒状の芯金７１の表面を、表面粗さＲｚが５．０〜２０．０[μｍ]及び又は表面粗さＲＳｍが２００〜４００[μｍ]となるように、サンドブラスト処理を施す。次に、スパイラル塗布方式によって発熱層４１、補強層４２及び弾性層４３を形成し、次に、離型層４４を嵌め込む。最後に、中心から芯金７１を取り外すことにより、表面粗さＲｚが５．０〜２０．０[μｍ]及び又は表面粗さＲＳｍが２００〜４００[μｍ]である発熱ベルト４０を製造できる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発熱ベルト４０の内周面Ｆ１の表面粗さＲｚを５．０〜２０．０[μｍ]の範囲とし、かつ、定着ローラー２０の外周面Ｆ２の表面粗さＲｚを１００〜３００[μｍ]の範囲としたことにより、定着ローラー２０に対する発熱ベルト４０のスリップを防止できる。
【００４３】
また、発熱ベルト４０の内周面Ｆ１の表面粗さＲＳｍを２００〜４００[μｍ]の範囲とし、かつ、定着ローラー２０の外周面Ｆ２の表面粗さＲＳｍを３００〜６００[μｍ]の範囲としたことにより、定着ローラー２０に対する発熱ベルト４０のスリップを防止できる。
【００４４】
なお、上述の実施の形態では、発熱ベルト４０の内周面に発熱層４１を形成した場合について述べたが、発熱ベルト４０の内周面には発熱層４１以外に例えば補強層などが形成されていてもよい。つまり、本発明は、発熱ベルトの内周面の粗さが上述の第１条件及び又は第２条件を満たすようにされていればよいのであって、内周面の材質は発熱層４１以外のものでもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０  定着装置
２０  定着ローラー
２１  弾性材
２２、３１、７１  芯金
３０  加圧ローラー
４０  発熱ベルト
４１  発熱層
４２  補強層
４３  弾性層
４４  離型層
５１  電極層
５２  給電ロール
５３  電源
６０  用紙
６１  未定着トナー像
８０  光センサ
８１  反射シート（パッチ）
Ｎ  ニップ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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