(57)【要約】【課題】定着ユニットの分離爪との接触部の平滑性をさらに向上させ、さらに高寿命化させる定着ローラ、この定着ローラの製造装置および方法を提供することにある。【解決手段】画像形成装置に使用される定着ローラＢにおいて、この定着ローラＢの芯金１上に形成された離型性樹脂層３の１部分Ｄの表面粗さ、ウネリを含む平滑性が他の部分に比較して向上していることを特徴とする定着ローラ。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に使用される定着ローラにおいて、この定着ローラの芯金の周面上に形成された離型性樹脂層の１部分の表面粗さ、ウネリを含む平滑性を、他の部分よりも高めたことを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
定着ローラの内部に挿入した熱源によって前記定着ローラの表面を均一に加熱し、加熱停止直後に離型性樹脂層の１部分を他の離型性樹脂層部分よりも早い冷却速度で間接的冷却手段によって急冷することによって、該１部分の平滑性を他の離型性樹脂層部分よりも高めたことを特徴とする定着ローラの製造方法。
【請求項３】
離型性樹脂層の１部分を他の離型性樹脂層部分よりも早い冷却速度で急冷する急冷手段として、冷却された圧縮空気をブローする装置を有することを特徴とする定着ローラの製造装置。
【請求項４】
前記定着ローラを、回転機構を有する軸にてチャッキングし連続回転させる回転手段と、前記定着ローラの内部に挿入した熱源によって前記定着ローラの表面を樹脂熔融温度以上に昇温させる手段と、例えばエアブローにより急冷可能な冷却手段とを同一装置内に有することを特徴とする請求項３記載の定着ローラの製造装置。
【請求項５】
前記離型性樹脂層を形成後、前記離型性樹脂層表面の凹凸を低減するための加工手段も同一装置内に有することを特徴とする請求項４記載の定着ローラの製造装置。
【請求項６】
前記熱源によって前記定着ローラの離型性樹脂層を溶融温度以上に加熱し、その状態で回転機構により前記定着ローラを連続回転させながら溶融した樹脂をレベリングした後、前記離型性樹脂層の前記１部分を他の離型性樹脂層部分よりも早い冷却速度で間接的冷却手段によって急冷することを特徴とする請求項２記載の定着ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真式の画像形成装置において転写紙上の未定着像を定着するために用いられる表面の平滑な定着ローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の画像形成装置においては、感光体上に形成したトナー像を転写紙上に転写してから定着装置によって加熱しながら加圧することによって画像の定着を行う。定着装置は、内部にヒータを備えた定着ローラと、加圧ローラとから成り、両ローラのニップ部に転写紙を通紙させることによって定着を行う。
従来の定着ローラは、芯金上にプライマ層および樹脂被覆層を順次積層した構成を有している。
前記樹脂被覆層は、予めプライマ層を形成した芯金に熱可塑性樹脂を被覆することにより形成される。
このような熱可塑性樹脂としては、トナーに対する離型性、トナー定着温度（通常１８０〜２００℃）での連続耐久性等が要求されるので、フッ素樹脂等の離型性樹脂が用いられている。
前記フッ素樹脂としてポリテトラフルオロエチレン共重合体（ＰＴＦＥ）が用いられているが、最近では、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーレル共重合体（ＰＦＡ）の方が加工性がよいので、ＰＦＡが主に定着ロール用の離型性樹脂層の材料として使用されている。
このようなフッ素樹脂等の離型性樹脂で構成される樹脂被覆層の表面は、トナーに対する離型性を有していなければならないので、十点平均粗さ（Ｒｚ）：１〜３μｍ、および、うねり：２〜４μｍ  程度の平滑性が要求される。
つまり複写機などの電子写真式の画像形成装置内に設けられる定着ローラにおいては、トナーを転写紙に溶融定着させる機能と転写紙を定着ローラから分離する機能（離型性樹脂層形成）が必要である。
とくに後者においては定着ユニット内の構成部品である分離爪などによって、その機能を確保しているが、分離爪の定着ローラへの接触による磨耗によって、離型性樹脂層が破損することがあり、定着ローラは消耗品扱いとなる。しかしながら、近年定着ローラ交換等のランニングコストや定着ローラ破棄による環境への影響等が課題となり、定着ローラの長寿命化のニーズは高い。
従来、定着ローラの長寿命化の方法として、定着ローラ芯金上に離型性樹脂層を形成する工程（テフロン（登録商標）を静電粉体塗装後に焼成）の後に、下記のような方法にて定着ローラ表面の平滑性（耐久性）の向上を図っていた。
図６は従来の定着ローラの表面の平滑化方法を示す概略図である。図６に示すように研磨テープ３０を、高速回転する定着ローラ３１の芯金３２に塑性変形を与えない力で押え付けながら、研磨テープ３０を送り、研磨テープ３０を軸方向に移動させながら離型性樹脂層３３表面の凹凸を低減し、さらに離型性樹脂層３３の溶融温度以上に再加熱することで表面の研磨跡を低減させる。
図７は従来の他の定着ローラの表面の平滑化方法を示す概略図である。例えば図７に示すように表面にＲ形状を有し表面粗さを極力低減した金属ローラ４１をこの金属ローラ４１の胴部端から一定圧力にて定着ローラ３１に押し付けながら、金属ローラ４１の軸方向にバニシング加工を行うことで定着ローラ３１の離型性樹脂層表面の表面粗さおよびウネリなどを低減させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、平滑性を向上させることで通紙や分離爪による摩耗を低減し、長寿命化を図ってきた。しかし、とくに分離爪と定着ローラの離型性樹脂層の接触部は、絶えず接触回転をしているため他の部分と比較すると、摩耗による破損が激しいという問題がある。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、分離爪との接触部の平滑性をさらに向上させ、定着ローラをさらに高寿命化させる定着ローラ、この定着ローラの製造方法および装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、画像形成装置に使用される定着ローラにおいて、この定着ローラの芯金上に形成された離型性樹脂層の１部分の表面粗さ、ウネリを含む平滑性が他の部分に比較して向上している定着ローラを最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、定着ローラの内部に挿入した熱源によって前記定着ローラの表面を均一に加熱し、加熱停止直後に離型性樹脂層の１部分を他の離型性樹脂層部分よりも早い冷却速度で間接的冷却手段によって急冷することによって他の離型性樹脂層部分よりも平滑性を向上する定着ローラの製造方法を最も主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、離型性樹脂層の１部分を他の離型性樹脂層部分よりも早い冷却速度で急冷する手段として、冷却された圧縮空気をブローする装置を有する定着ローラの製造装置を最も主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記定着ローラを、回転機構を有する軸にてチャッキングし連続回転させる手段と、前記定着ローラの内部に挿入した熱源によって前記定着ローラの表面を樹脂熔融温度以上に昇温させる手段と、例えばエアブローにより急冷可能な冷却手段とを同一装置内に有する請求項３記載の定着ローラの製造装置を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記離型性樹脂層を形成後、前記離型性樹脂層表面の凹凸を低減するための加工手段も同一装置内に有する請求項４記載の定着ローラの製造装置を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記熱源によって前記定着ローラの離型性樹脂層を溶融温度以上に加熱し、その状態で回転機構により前記定着ローラを連続回転させながら溶融した樹脂をレベリングした後、前記離型性樹脂層の前記１部分を他の離型性樹脂層部分よりも早い冷却速度で間接的冷却手段によって急冷する請求項２記載の定着ローラの製造方法を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による定着ローラの１部分を示す斜視図である。図２は図１の定着ローラのＡ部の詳細を示す断面図である。
本発明の樹脂被覆ローラおよび定着ローラの部品構成は、中空円筒状の芯金１と、トナーに対する高離型性を確保するための離型性樹脂層（フッ素系樹脂）３と、その芯金１と離型性樹脂層３の密着性を向上させるためのプライマ層２から構成される。また離型性樹脂層３の下に弾性層を構成する定着ローラにも応用展開可能である。
【０００６】
図３は樹脂被覆ローラおよび定着ローラの製造装置を略示する全体正面（一部断面）図である。図４は図３の樹脂被覆ローラおよび定着ローラの製造装置の概略側面図である。図３および図４において、芯金１はその両端をハウジング１１、１２によって回転自在に支持され、中空のチャック１５で固定されている。芯金１の内部に設けた加熱ヒータ８はこれによって芯金１を加熱する。
樹脂被覆ローラおよび定着ローラの製造装置は、また、芯金１全体を急冷するためのエアブローノズル６、分離爪に接触する部分に相当する位置を急冷するためのスポットエアブローノズル１６、このスポットエアブローノズル１６に冷却空気を供給する空気冷却装置２４、および加熱ヒータ８の両端を支持する部材１７を備えている。
さらに、加熱ヒータ８を芯金１の内部に挿入するための移動ガイド機能としてのレール１８とガイドブロック１９、加熱ヒータ８に電力を供給するための電極２０、加熱ヒータ８へ電力を供給する電源２３とその電力を適正値に制御する制御装置２２、ローラ表面温度を非接触で測定する温度センサ２１、芯金１の脱着のためのテール側ハウジング１２を移動させるための空気圧縮シリンダ１４、およびテール側ハウジング１２の移動時のガイド機構１３とから構成される。
動作としては、ＰＦＡ粉体塗装後、焼成し離型性樹脂層３を芯金１胴部上に形成した定着ローラＢを、テール側ハウジング１２を空気圧縮シリンダ１４にて移動させることにより、中空チャック１５においてチャッキングする。回転機構（図示せず）を有する軸にてチャッキングし連続回転させる。
加熱ヒータ８を芯金１内部に挿入し、電極２０と接続する。定着ローラＢを回転させ、加熱ヒータ８に通電し、温度センサ２１で芯金１表面の離型性樹脂層の温度をモニタリングしながら、設定温度に加熱する。
図４のようにワーク全体の冷却用エアブローノズル６を芯金１回転方向にオフセットした位置でレイアウトし、また定着ユニットの分離爪に当接する部分の離型性樹脂層３の位置にスポット冷却用のスポットエアブローノズル１６をレイアウトしている。
【０００７】
図５は選択的急冷した定着ローラを示す概略図である。定着ローラＢは芯金１および離型性樹脂層３を示し、図中、Ｃは圧縮空気による全体急冷面を、Ｄは冷却空気によるスポット急冷面（分離爪接触部に相当）を示している。これによれば、画像形成装置内の定着ユニット（図示せず）の分離爪（図示せず）に当接する部分の離型性樹脂層の平滑性（表面粗さ、ウネリ等）が当接しない部分と比較して向上している。
設定温度（例えば、離型性樹脂層表面温度が３５０℃）に加熱後、一定時間レベリングし、加熱のための通電を切断すると同時にエア冷却装置２４から冷却空気を吐出し、スポットエアブローノズル１６から定着ローラＢの溶融状態の離型性樹脂層に吹付け、また加熱のための通電を切断すると同時に圧縮空気をエアブローノズル６より定着ローラＢにエアブローを行い全体の急冷を実施する。
定着ローラの長寿命化方法について説明する。樹脂被覆層（図２の離型性樹脂層）は、例えば電子写真装置内の加圧ローラと圧接するニップ部において転写紙からの離型性を確保するために前記のようにＰＦＡを用いている。
芯金１表面上或いは密着力を向上させるためにプライマ塗布面２（図２）に粉体のＰＦＡを静電粉体塗装した後に、約３９０℃の雰囲気中にて約４０分間焼成する。その後、常温に冷却し離型性樹脂層３を形成する。
その後、従来と同様、例えば表面仕上げがＲｙ（最大高さ）０．２ｓ以下でＲａ（中心線平均粗さ）０．０５ａ以下でＲ形状を有した金属ローラを離型性樹脂層３に押し付けながら軸方向に移動させることで離型性樹脂層３表面をバニシング加工する。焼成後の定着ローラ離型性樹脂層をバニシング加工（図示せず）すると金属ローラの表面形状が離型性樹脂層３に転写され、表面粗さが低減する。その後、さらにＰＦＡ溶融温度或いはその付近の温度まで加熱する。ＰＦＡ層の表面温度を前記温度以上に加熱した後、スリットを有するエアブローノズルにて５ｍ３／分以上の流量の圧縮空気をスリットより加熱溶融したＰＦＡ表面に吐出させ、エアブロー開始と同時に芯金１の加熱を停止することで、ＰＦＡ表面が５０〜６０℃／秒の冷却速度を得る。
平滑化のために必要な表面状態としては、ＰＦＡの粉体の結晶構造がなくなり、非晶質化することが前提となる。つまり粉体のＰＦＡが溶融し前記冷却速度を確保する急冷により、結晶化度が低くなり、非晶質構造になることで、残留結晶による表面粗さやウネリが低減し、平滑性が向上するということである。
上記作用により、樹脂被覆ローラおよび定着ローラとしての表面の平滑性（十点平均粗さ（Ｒｚ）：１〜３μｍ、および、うねり：２〜４μｍ程度）を得る。
上記から、急冷前の加熱温度を３５０℃以上とし、その状態で継続的に回転させることで、溶融した離型性樹脂層３がレベリングするためにとくに表面ウネリの低減に効果がある。
その状態からワーク全体を非接触で急冷すると同時に、少なくとも定着ユニットの分離爪に接触する部分の定着ローラＢの離型性樹脂層３を選択的に上記以上の冷却速度を確保するように急冷することで、表面粗さとウネリが低減し、定着ユニット内の分離爪との接触回転時の摩擦抵抗も低減し長寿命化が可能となる。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、定着ローラの芯金上に形成された離型性樹脂層の１部分の表面粗さ、ウネリを含む平滑性が他の部分に比較して向上しているので、定着ユニットの分離爪との接触回転時の摩擦抵抗も低減し長寿命化が可能となる定着ローラを提供することができる。
請求項２によれば、熱源による加熱の停止直後に離型性樹脂層の１部分を他の離型性樹脂層部分よりも早い冷却速度で間接的冷却手段によって急冷することによって他の離型性樹脂層部分よりも平滑性を向上することができる。
請求項３によれば、離型性樹脂層の１部分を他の離型性樹脂層部分よりも早い冷却速度で急冷することによって他の離型性樹脂層部分よりも平滑性を向上することができる。
請求項４によれば、コンパクトな製造装置で平滑性を向上することができる定着ローラを提供できる。
請求項５によれば、コンパクトな製造装置で平滑性を向上することができる定着ローラを提供できる。
請求項６によれば、離型性樹脂層の１部分を他の離型性樹脂層部分よりも早い冷却速度で間接的冷却手段によって急冷するので、この方法によって表面粗さ、ウネリを含む平滑性が他の部分に比較してより向上する定着ローラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による定着ローラの１部分を示す斜視図である。
【図２】図１の定着ローラの円Ａ部の詳細を示す断面図である。
【図３】樹脂被覆ローラおよび定着ローラの製造装置を略示する全体正面図である。
【図４】図３の樹脂被覆ローラおよび定着ローラの製造装置の概略側面図である。
【図５】選択的急冷した定着ローラを示す概略図である。
【図６】従来の定着ローラの表面の平滑化方法を示す概略図である。
【図７】従来の他の定着ローラの表面の平滑化方法を示す概略図である。
【符号の説明】
Ｂ  定着ローラ
１  芯金
３  離型性樹脂層
６  エアブローノズル（急冷手段、圧縮空気ブロー装置）
１５  中空チャック
１６  スポットエアブローノズル（急冷手段、圧縮空気ブロー装置）
８  加熱ヒータ（熱源）
【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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