(57)【要約】【課題】  トナー定着部材として電子写真装置のトナー定着装置に組み込んで使用したならば、従来の表面形状のコントロールで作成されたトナー定着部材よりも得られる定着画像において、高画質、特に画尾増均一性が達成され、かつ記録材のトナー定着部材からの分離性も向上した高性能のものを提供すること、また、該高機能が達成された電子写真装置のトナー定着装置を提供すること。【解決手段】  少なくとも弾性層を有し、厚さ１０〜５０μｍである最外層が形成されてなる電子写真方式の定着部材において、最外層の表面形状について、５０μｍ未満の波長の算術平均粗さ（Ｒａ（＜５０））が０．０５μｍ以下であり、かつ、５０〜５００μｍの波長の算術平均粗さ（Ｒａ（５０≦））が０．１〜０．４μｍであるトナー定着部材により、上記課題は達成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも弾性層を有し、厚さ１０〜５０μｍである最外層が形成されてなる電子写真方式の定着部材において、
最外層の表面形状について、５０μｍ未満の波長の算術平均粗さ（Ｒａ（＜５０））が０．０５μｍ以下であり、かつ、５０〜５００μｍの波長の算術平均粗さ（Ｒａ（５０≦））が０．１〜０．４μｍであることを特徴とするトナー定着部材。
【請求項２】
弾性層がシリコーンゴムからなり、かつ、最外層がフッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のトナー定着部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトナー定着部材が少なくとも加熱側の定着部材として１つ配されていることを特徴とするトナー定着装置。
【請求項４】
該トナー定着部材によって形成されるトナー定着ニップにおいて、トナーの滞留時間が５０〜５００ｍｓｅｃであることを特徴とした請求項３に記載のトナー定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式のコピー機やプリンターのトナー定着に用いられるローラやベルト形状のトナー定着部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式のトナー定着部材は、トナー像の良し悪し、すなわち画質を左右する部材のひとつであり、その表面形状の面から、様々な工夫や改良がなされている。
【０００３】
一般には、トナー定着部材の最外層は、フッ素樹脂やシリコーンゴムなどの耐熱性があり、かつトナーが付着し難い材料により形成されている。フッ素樹脂に関しては、フッ素樹脂粉末を溶融固化せしめることにより成膜する方法や、押出し法などにより所定の寸法のチューブとして形成し部材に被覆することにより最外層として形成する方法などが知られている。
【０００４】
何れの場合にも、表面のミクロな形状として、すなわち表面粗さとして捉えた場合に、トナー像が定着部材により加熱加圧された後、トナー像表面と定着部材表面が剥離する際に、定着部材の表面形状がトナー像表面に影響を与え、画質を左右することから、平滑さが求められる。
【０００５】
トナー定着部材の表面粗さとして一般的に知られるパラメータは、最大高さ（Ｒｚ）や十点平均粗さ（Ｒｚｊｉｓ）等といった、表面形状の断面プロファイルからＪＩＳで定められた規格値として算出するものである。これらの表面粗さの値により表面形状を管理することにより、より高画質のトナー像を得ることのできる定着部材を提供することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、一方で、更なる高画質の追求に伴い、ＲｚやＲｚｊｉｓでは管理不可なレベルでの表面形状の制御が必要となっている。
【０００７】
表面粗さの特殊な評価方法として、表面形状のプロファイルを複数の周期の波からなる合成波として考え、その波の周波数帯毎の振幅の特性値として分離して評価するという方法がある。より具体的には、フーリエ変換により合成波を分解して解析する方法である。このように表面形状を周波数分解して捉える考え方は、定着後トナー画像自体の表面粗さについて述べているように、電子写真方式の技術分野においても、一般的ではないものの、具体的に用いられているものである（例えば、特許文献１参照）。また、定着装置の加圧ローラにその考え方を適用した例もある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平６−９５２３２号公報
【特許文献２】特開平４−１２５６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、トナー定着部材として電子写真装置のトナー定着装置に組み込んで使用したならば、従来の表面形状のコントロールで作成されたトナー定着部材よりも得られる定着画像において、高画質、特に画尾増均一性が達成され、かつ記録材のトナー定着部材からの分離性も向上した高性能のものを提供すること、また、該高機能が達成された電子写真装置のトナー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】
【０００９】
すなわち、本発明は、少なくとも弾性層を有し、厚さ１０〜５０μｍである最外層が形成されてなる電子写真方式のトナー定着部材において、
最外層の表面形状について、５０μｍ未満の波長の算術平均粗さ（Ｒａ（＜５０））を０．０５μｍ以下とし、かつ、５０〜５００μｍの波長の算術平均粗さ（Ｒａ（５０≦））を０．１〜０．４μｍであることを特徴とするトナー定着部材である。
【００１０】
トナー定着部材において、弾性層がシリコーンゴムからなり、かつ、最外層がフッ素樹脂からなることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、上記のトナー定着部材を、少なくとも加熱側の定着部材として１つ配されていることを特徴とするトナー定着装置である。
【００１２】
該トナー定着部材によって形成されるトナー定着ニップにおける、トナーの滞留時間を５０〜５００ｍｓｅｃであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、トナー定着部材の表面形状を従来の表面粗さでは管理しきれない部分の表面形状を具体的に規定することにより、定着画像の高画質を達成し、かつ、トナー定着部材及びトナー定着装置としてより高機能なものが提供できる。特に、光沢に着目した画像均一性と、トナー定着部材からの紙分離性において、高画質と高機能を満足するものである。
【００１４】
なお、表面形状を上記のようにコントロールすることにより、定着画像の高画質を達成し、かつ、トナー定着部材としてより高機能なものとなり、特に、光沢に着目した画像均一性と、トナー定着部材からの紙分離性において、高画質と高機能を満足する。
【００１５】
さらに、弾性層及び最外層を上記材料で構成することにより、より効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明のトナー定着部材を説明する。
【００１７】
図１は、本発明のトナー定着部材の一例の断面図である。
【００１８】
本発明のトナー定着部材は、例えば、ロール形状の芯金１１上に、少なくとも弾性層１２および表面層１３が形成されてなるものである。中空の内部には、ハロゲンヒータなどの熱源（図示せず）が配されている。
【００１９】
芯金には、通常、アルミニウム、鉄等の比較的熱伝導が高くかつ剛性の確保できる材質が選択される。
【００２０】
弾性層１２は耐熱性や柔軟性が求められ、材質は特に限定されるものではないが、機能的に考えて、シリコーンゴムからなるものが好適である。
【００２１】
シリコーンゴムの種類は、架橋反応の形態として特に限定されないが、トナー定着部材に用いることを鑑みると、付加反応型やパーオキサイド反応型が好適である。特に、付加反応型のシリコーンゴムは、その加工の容易性などの付随した利便性により、本発明をより効果的に実施できる材料である。
【００２２】
また、シリコーンゴムは官能基の種類が様々に知られているが、それら公知の種類の官能基を有したシリコーンゴムを用いても構わない。特に、メチル基のみを有したジメチルシリコーンゴムや、フェニル基を有したメチルフェニルシリコーンゴム／フェニルシリコーンゴムがトナー定着部材用に良く知られ、好んで用いられ、本発明においても好ましく使用できる。
【００２３】
シリコーンゴムには、耐熱や伝熱や補強や増量等を目的として、無機系の粉末状の充填剤を配合しても良い。無機系充填剤は公知のものを用いることが出来る。例えば、結晶性シリカ、煙霧状シリカ、酸化鉄、アルミナなどを例示できる。好ましくは、これらの無機充填剤は、シリコーンゴム１００重量部に対して、０．１〜１００重量部配合することが好ましい。
【００２４】
この他、シリコーンゴムには各種特性の調整のために配合剤を加えても良い。
【００２５】
最外層１３は、耐熱性とともに、トナーの付着し難さが求められる。材質は特に限定されるものではないが、機能的に考えてフッ素樹脂やシリコーンゴムが好適である。特に、フッ素樹脂は、様々な定着部材の特性を踏まえると、本発明をより効果的に実施できる材料である。
【００２６】
フッ素樹脂としては、公知である種類の材料を用いることができ、特に限定されない。一般によく知られる、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／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、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）等を単一で、または複合して用いることができる。
【００２７】
なお、本発明のトナー定着部材は、図１ではローラ形状のものを示したが、芯金に替えて金属あるいは耐熱性樹脂のベルトを使用したベルト状のものであっても良い。
【００２８】
また、弾性層の厚みは特に限定されるものではないが、５０μｍ〜１ｍｍの厚み範囲においては本発明の効果が発揮され、より好ましくは１００μｍ〜５００μｍの範囲が推奨される。
【００２９】
更に、最外層の厚みも特に限定されるものではないが、５０μｍ以下の厚み範囲においては本発明の作用がより効果的に期待でき、より好ましくは３０μｍ以下が本発明の実施形態として特に推奨される。厚みの下限は必要機械的強度により変わるが、厚みを１０μｍ以上とするのが実用的である。
【００３０】
本発明では、トナー定着部材の最外層の表面形状が重要である。以下、表面形状について説明する。
【００３１】
トナー定着部材の表面形状は、３次元表面構造解析顕微鏡（商品名：Ｚｙｇｏ  Ｎｅｗ  Ｖｉｅｗ５０００、キヤノン販売株式会社）を用い、１０倍の対物レンズにて、イメージズーム１．０倍視野で測定した。得られた測定データを、該顕微鏡添付の解析プログラムＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｘｔｕｒｅを用いて、波長５０μｍのポイントで２次元ＦＦＴにて分離し、波長５０μｍ未満の表面形状を算術平均粗さに基づいて数値化された値（Ｒａ（＜５０））として得、同様に波長５０〜５００μｍの表面形状を算術平均粗さに基づいて数値化された値（Ｒａ（５０≦））として得る。このときの数値がそれぞれ、０．０５μｍ以下、及び０．１〜０．４μｍであることが、本発明の効果を達成するために必須である。すなわち、トナー画像を加熱定着して形成される定着画像の高画質が達成され、光沢においては画像均一性となり、トナー定着部材からの紙分離性において満足する。
【００３２】
本発明のトナー定着部材は、芯金あるいはエンドレスベルトからなる基材上に、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム、好ましくはシリコーンゴムからなる弾性層材料を加熱硬化後の厚さが３００μｍになるように形成し、次いで加熱硬化して弾性層を形成する。その上にさらに、好ましくはフッ素樹脂からなる最外層を設ける。この際の形成方法としては、ローラ状のトナー定着ローラにあっては直接弾性層の上にフッ素樹脂粉末が分散された溶液を塗布し、乾燥後フッ素樹脂を溶融焼成して１０〜２０μｍ程度の厚みに形成しても良いし、２０〜５０μｍ厚みのチューブを被せることによっても良い。いずれの場合も必要により接着剤を用いることが好ましい。
【００３３】
本発明の表面形状は、最外層を形成した後、サンドブラスト等により加工することによってもよいが、弾性層の上にさらに、弾性層材料を溶液として吹き付けにより凹凸を形成し、この予め表面に凹凸が形成された弾性層の上に最外層材料からなるチューブを被せ、弾性層表面の凹凸を最外層表面に反映させることでも良い。なお、材料組合せ、吹付け速度、吹付け距離、吹付け溶液濃度等により弾性層表面の凹凸がコントロールできる。
【００３４】
図２に、本発明のトナー定着部材を組み込んでなるトナー定着装置の模式図を示す。
【００３５】
図において、２１は上ローラであり、２２は上ローラ２１に対して加圧されるよう配した下ローラである。本発明においては、少なくとも上ローラとして本発明のトナー定着部材を使用する。なお、下ローラとして本発明のトナー定着部材を使用してもよい。上ローラ内には、ヒータ（図示せず）を配し、サーミスタ（図示せず）を通して所望の温度に温調する。
【００３６】
この上下ローラに挟まれた部分をトナー定着ニップと呼び、トナー像が形成された紙などの記録材はこのニップにて狭持搬送され、熱と圧力を受けることで、トナーは定着し、定着画像を得る。
【００３７】
トナーがニップを通過するのに要する時間は滞留時間と呼ばれ、ニップの幅と、そこを通過する記録材の搬送速度から求められる（滞留時間＝ニップ幅／搬送速度）。なお、搬送速度はローラの回転速度を制御することで変更可能である。なお、このトナー滞留時間が５０〜５００ｍｓｅｃとすることが望ましい。５０ｍｓｅｃ未満ではトナーが十分定着しないことがあり、また、５００ｍｓｅｃを超えると記録材やトナーが熱変性したり、定着所要時間が長くなりすぎたりして好ましくない。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例により説明する。
【００３９】
実施例１〜２、比較例１〜２
表面にシリコーン系プライマー（商品名：ＤＹ３５−０５１、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）を塗布した、外径３０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さ２３０ｍｍのアルミパイプ（ローラ）を用意した。
【００４０】
付加反応型の２液混合タイプの液状シリコーンゴム原料（２液の平均粘度：２９０Ｐａ・ｓ、熱硬化後の熱伝導率：０．８５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚み６ｍｍのシリコーンゴムシートとした時の２５℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度：３０°）を秤量・攪拌し、上記プライマー塗布したアルミパイプ上に３００μｍの厚みに均一にコートした。
【００４１】
次いで、上記シリコーン系プライマー、上記液状シリコーンゴム原料及びトルエンを１：１：１の重量割合で混合した溶液をエアースプレーにて、上記コートしたシリコーンゴム原料表面に吹き付けた。この時、吹きつけ距離と移動速度を試行錯誤的に繰り返して変化させて、何水準かの状態のスプレー表面状態を、各々のローラ上に作り出した。これらローラを、熱風炉内で１５０℃、３０分処理し、１次加硫を行った。
【００４２】
次に、厚みが３０μｍで、内径３０．８ｍｍの、内面を脱フッ素処理した熱収縮型のＰＦＡフッ素樹脂チューブを用意し、その内面に上記シリコーン系プライマーを塗布し、自然乾燥した。
【００４３】
先に１次加硫したローラに、自然乾燥したＰＦＡフッ素樹脂チューブを被覆し、熱風炉内で２００℃、４時間処理し、シリコーンゴムの２次加硫と、ローラとしての成形を終えて、トナー定着部材を製造した。
【００４４】
この後、表面形状を３次元表面構造解析顕微鏡により測定し、測定データを解析プログラムにより波長５０μｍ未満及び波長５０〜５００μｍの表面形状の算術平均粗さを求めた。結果を表１に示す。
【００４５】
実施例３
ＰＦＡフッ素樹脂チューブの厚みを５０μｍとする以外は実施例１におけると同様にして定着部材を製造した。この定着部材の表面形状を表１に示す。
【００４６】
実施例４
最外層の形成をＰＦＡフッ素樹脂チューブの被覆に代えて、弾性層形成ローラの表面にシリコーン系プライマーを塗布し自然乾燥し、その上にＰＦＡフッ素樹脂粉末が分散された塗工液（商品名：ＡＤ−２ＣＲ、ダイキン工業社製）を塗工乾燥し、３２０℃の加熱温風循環炉内で３０分焼成し、次に、３３０℃に加熱された平滑な金属板にローラ表面を押しつけ、その表面を平滑化する方法とする以外は実施例１と同様にして定着部材を製造した。この定着部材の表面形状を表１に示す。
【００４７】
比較例３
実施例１におけると同様にして製造したトナー定着部材を用い、ダイアモンドペーストを含ませた布で軽く表面を磨いて、表面形状が、Ｒａ（＜５０）＝０．０８μｍ、Ｒａ（５０≦）＝０．３μｍであるトナー定着部材を得た。
【００４８】
上記、実施例１〜４、比較例１〜３のローラについて、各２本を用意し、各々上下ローラとして図２に示したトナー定着装置に組み込み、トナー定着ニップでの滞留時間が１００ｍｓｅｃとなるようにし、それぞれの性能を評価した。なお、熱源としては、上下のローラの内部にそれぞれ挿入した５００ｗのハロゲンランプによった。
【００４９】
性能の評価は、画質評価と紙分離性評価の両方で行った。
【００５０】
トナー像は、クリエイティブプロセッサー６８０（商品名：ＣＰ６８０、キヤノン株式会社）を用い、定着装置の手前で用紙を取り出せるようにしておき、未定着のトナー画像を得た。
【００５１】
画像評価には、用紙として、カラーレーザーコピア用紙（商品名：ＴＫＣＬ−Ａ４、キヤノン販売株式会社）を用いた。画像は、シアン濃度１００％のべた画像とした。また、紙分離性評価には、用紙として薄紙を用い、画像はシアン濃度１００％のべた画像とした。
【００５２】
画像の評価は、トナー画像を感度良く判定するため、官能的評価にて行った。評価するトナー定着画像を複数枚用意し、ランダムに各々１０回繰り返し、画像の光沢のムラに着目し、「○＝ムラを感じない」、「×＝ムラを感じる」の判定を行った。なお、判定が難しい場合には「△＝やや感じる」とした。ここで、評価の一貫性を保つため、比較例２で得られた画像を「○＝ムラを感じない」の見本として採用し、見本からの相対比較として評価を行った。
【００５３】
紙分離性の評価は、トナー定着装置から紙が出てくるニップ出口付近を目視で観察し、「○＝問題なし」「×＝上巻きつきあり」の判定を、２０回の繰り返しで行い、「×＝上巻きつきあり」が５割以上である場合に、判定を「×＝上巻きつきあり」とした。
【００５４】
これらの評価結果を表１に示した。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
光沢ムラに関しては、Ｒａ（＜５０)の小さな実施例１〜４、比較例２は画質良好であった。Ｒａ(＜５０)の大きな比較例３は、光沢ムラを生じ、目的とする高画質は得られなかった。比較例１は、Ｒａ(＜５０)は小さなものの、Ｒａ（５０≦）の大きさに起因すると思われる大きなうねりが紙に発生し、光沢ムラをやや感じる結果となった。
【００５７】
また、紙分離性は、Ｒａ（５０≦）が０．１以上である実施例１〜４、比較例１では問題ない結果が得られたが、Ｒａ（５０≦）が０．１未満である比較例２では上方向へ巻きつき気味の結果であった。
【００５８】
以上の結果から、本発明の手段によって、目的とする効果が得られることが実証できた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明実施のトナー定着部材の一例の断面図である。
【図２】本発明実施のトナー定着装置の一例の模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１  芯金
１２  弾性層
１３  最外層
２１  上ローラ
２２  下ローラ
２３  記録材（紙）
【図１】
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【図２】
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