(57)【要約】【課題】画像形成を行うときに高印字率画像の通紙性を確保できるヒートローラとヒートローラの製造方法及びそのヒートローラを定着器に設けた画像形成装置を提供できる。【解決手段】ヒートローラ２１の表層２１ａは、芯金表面のゴミ、付着物をクリーニングし、芯金表面にプライマーを均一に５〜１０μｍ塗布して乾燥させ、プライマー表面にトップとしてＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂塗布後に焼成を行い、ヒートローラ２１の外径面に対して略１μｍ以下の研磨を行い、その後にＰＴＦＥ樹脂又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂の融点以上の温度で再焼成している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層が相手方と接するヒートローラにおいて、
前記表層は、母材上へＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂塗布後に焼成を行い、外径面に対して略１μｍ以下の研磨を行い、その後に前記ＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂の融点以上の温度で再焼成されていることを特徴とするヒートローラ。
【請求項２】
前記ヒートローラの表層は、表層の膜厚を測定した結果から得られる粗さ曲線の局部山頂の平均間隔をＳ、前記測定曲線から得られる平均粗さをＲａとしたときに、前記略１μｍ以下の研磨により、
Ｓ≦５０μｍ、かつ、Ｓ／Ｒａ≧１８０
となっていることを特徴とする請求項１記載のヒートローラ。
【請求項３】
表層が相手方と接するヒートローラの製造方法において、
母材上へＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂塗布後に焼成を行い、外径面に対して略１μｍ以下の研磨を行い、その後に前記ＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂の融点以上の温度で再焼成されて前記表層を形成することを特徴とするヒートローラの製造方法。
【請求項４】
前記略１μｍ以下の研磨は、再焼成して形成された表層、表層の粗さを測定した測定曲線から得られる局部山頂の平均間隔をＳ、前記測定曲線から得られる平均粗さをＲａとしたときに、
Ｓ≦５０μｍ、かつ、Ｓ／Ｒａ≧１８０
となるように研磨することを特徴とする請求項３記載のヒートローラの製造方法。
【請求項５】
表層が相手方と接するヒートローラを定着器に備えた画像形成装置において、
前記表層は母材上へＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂塗布後に焼成を行い、外径面に対して略１μｍ以下の研磨を行い、その後に前記ＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂の融点以上の温度で再焼成されているヒートローラを定着器に備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記ヒートローラの表層は、表層の粗さを測定した測定曲線から得られる局部山頂の平均間隔をＳ、前記測定曲線から得られる平均粗さをＲａとしたときに、前記略１μｍ以下の研磨により、
Ｓ≦５０μｍ、かつ、Ｓ／Ｒａ≧１８０
となっていることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表層が相手方と接するヒートローラとヒートローラの製造方法及びそのヒートローラを定着器に設けた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置に設けられる定着装置のヒートローラの表層を加工する製造方法は次のようなものが知られている。ヒートローラの表層を加工するときに、自然乾燥された芯金の上にプライマーを５μｍ程度塗布した後自然乾燥させ、弗素樹脂、例えば、デュポン社製テフロン♯２４４をスプレーガンにより塗布して約１５μｍの層を形成し、約３８０℃の雰囲気の炉内で焼成する。冷却後、さらに、前記テフロン♯２４４を約１０〜１５μｍスプレーガンによって塗布して、再び約３８０℃〜４４０℃の雰囲気の炉内で焼成する。そして、冷却後表面をバフ研磨して、１０μｍ以上の突起状の異物を除去かつ外径変化を５μｍ以下とし、しかる後再び３６０℃〜３８０℃の雰囲気の炉内で焼成して表面粗度を７ｓ以下にする技術である。このようにヒートローラを製造することにより、トナーのヒートローラ側への付着を起こす、いわゆるオフセット現象を激減させている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−７５２２７号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような製造方法によるとヒートローラ表面が研磨によりならされた後弗素樹脂が溶け込んで滑らかになり、べた画像のような高印字率画像を通紙した場合にヒートローラ表面のトナーの密着力が増加して剥離不良やジャムが発生する場合がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、画像形成を行うときに高印字率画像の通紙性を確保できるヒートローラとヒートローラの製造方法及びそのヒートローラを定着器に設けた画像形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヒートローラの相手方と接する表層が、母材上へＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂塗布後に焼成を行い、外径面に対して略１μｍ以下の研磨を行い、その後にＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂の融点以上の温度で再焼成されているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は画像形成装置の断面を示す図である。画像形成装置１の上部には、原稿から図示しないラインセンサ等により原稿から画像情報を読取るためのスキャナ２、このスキャナ２にセットされた原稿を送りこむ原稿自動送り装置３が設けられている。また画像形成装置１には、画像を形成するための画像形成部４、スキャナで読取られた画像情報に補正処理が施された後の画像情報に基づいて画像形成部４へレーザビームを照射するレーザ光学装置５が設けられている。また、画像形成装置１の下部には、画像形成部４へ給紙する用紙を収容する複数の用紙トレー６が設けられている。
【０００８】
画像形成部４は、レーザ光学装置５から照射されるレーザビームにより一様に帯電した表面に潜像画像が形成される感光体ドラム１０、この潜像画像が形成された感光体ドラム１０にトナーを供給することにより潜像画像を現像剤像にする現像器１１、感光体ドラム１０に付着したトナー等を掃除するクリーナ１２、感光体ドラム１０表面の除電を行う除電ランプ１４、給紙トレー６から送りこまれた用紙へ感光体ドラム１０に形成された現像剤像を転写した後、感光体ドラム１０から用紙を剥離するための剥離チャージャ１５、この剥離チャージャ１５で剥離された現像剤像が転写された用紙に転写された現像剤像を定着させる定着器１６が設けられている。
【０００９】
図２は、定着器１６の断面を示す図である。定着器１６には、ヒートローラ２１がプレスローラ２２に接するように設けられている。ヒートローラ２１近傍には、ヒートローラ２１の表面温度を検出するサーミスタ２３が設けられると共にヒートローラ２１に巻きついた用紙を剥離するための剥離爪２４が設けられている。プレスローラ２２は、付着したトナーをクリーニングするためのクリーニングローラ２５と接していると共にプレスローラに巻きついた用紙を剥離するための剥離爪２６が設けられている。
【００１０】
ヒートローラ２１は導電体ローラであり、図示しない軸方向に設けられた駆動伝達手段により図中反時計回りに回転する。ヒートローラ２１は、芯金が鉄、芯金厚が１ｍｍ、表層２１ａの弗素コーティング層厚１０〜３０μｍ、外径Φ４０となっている。弗素コーティングは非導電のＰＴＦＥ、又はＰＴＦＥの混合の弗素樹脂からなるコーティング材を使用する。
このヒートローラ２１内には、ＩＨコイル２７及びこれを支持する耐熱性樹脂で構成された心材が設けられている。ＩＨコイル２７は図示しない高周波回路により交流磁場を発生し、ヒートローラ２１に過電流を発生させそのジュール熱によりヒートローラ２１を発熱させるようになっている。この発熱は、図示しない制御部がサーミスタ２３で検出したヒートローラ２１の表面温度に基づいてトナーを用紙に定着させるための適切な温度に調整するようになっている。このため、ＩＨコイル２７を形成する電線はこの電流に耐え得るたけの太さが必要となるが、公知の表皮効果のため、太い電線を用いることができないためリッツ線とする必要がある。
【００１１】
プレスローラ２２は、回転自在に設けられており、ヒートローラ２１に押圧されて、従動によりつれまわり図中時計回りに回転する。このプレスローラ２２は、芯金が鉄、ゴムはシリコンスポンジゴム、そのゴム厚は５ｍｍ、弗素被覆チューブ厚は３０〜１００μｍ、チューブは導電性、外径Φ３０ｍｍ、荷重２００〜４００Ｎ、ニップ幅４〜８ｍｍ、表面高度（アスカーＣ）５０〜６０となっている。
【００１２】
クリーニングローラ２５は、プレスローラ２２に付着したトナーのクリーニングを行い、芯金は鉄、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＳＵＭ（快削鉄鋼材）などからなり、その外径Φは１４ｍｍである。
【００１３】
このように構成された定着器１６にトナーが転写された用紙が図中矢印Ａで示す方向から送り込まれると、所定温度で加熱されたヒートローラ２１が図中反時計回りに回転する。このヒートローラ２１の回転によりプレスローラ２２が時計回りにつれまわり、送り込まれた用紙を引き込み用紙へトナーを熱で定着させてから図示の矢印Ｂで示す方向へ用紙を排出する。このようにして用紙へトナーを定着させる。
【００１４】
次に上記のように構成された定着器１６に設けられたヒートローラ２１の製造方法について説明する。
先ず、ヒートローラ２１の芯金表面のゴミ、付着物をクリーニングする。次に、芯金表面にプライマーを均一に５〜１０μｍ塗布し、乾燥させる。そして、プライマー表面にトップとしてＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含む弗素樹脂を均一に１０〜２０μｍ塗布し、乾燥、冷却する。このヒートローラ２１の芯金表面に塗布するプライマー及びトップの組合せとして、例えば、ＰＴＦＥ塗料としてはデュポン株式会社製♯３００／♯２１４、ＰＴＦＥを含む弗素樹脂の塗料としては、例えば、ＰＴＦＥ及びＰＦＡの複合塗料であるデュポン株式会社製♯００１／♯１０１がある。
【００１５】
続いて、約３８０〜４２０℃の焼成炉にてヒートローラ２１の表層の焼成を行う。なお、このヒートローラ２１を焼成するときに、ヒートローラ２１の外径が小径であると、一気に塗膜面が温度上昇をおこして表面欠陥を生じる場合があるため焼成炉の温度条件を複数回切替えて除々に温度を上げていく方法をとっても良い。
【００１６】
そして、冷却後、ヒートローラ２１の表面をペーパー研磨する。すなわち、ヒートローラ２１の外径が略１μｍ以下となるように研磨を行う。このペーパー研磨方式は、図６に概略的に示すように、ヒートローラ２１を治具に取り付けて円周方向に回転させながら研磨紙３１を手３２で押し当てて、除々に端部から他端部に研磨紙３１を移動させる方式である。また、他の研磨方式としては、テープ研磨方式がある。そのテープ研磨方式は図７（ａ）に概略的に示すように、ヒートローラ２１を治具に取り付けて円周方向に回転させながらコンタクトローラ３３をヒートローラ２１に接触させ、コンタクトローラ３３も回転させて、さらに、コンタクトローラ３３を除々に端部から他端部に移動させる方法である。このときに、図７（ｂ）に示すように、コンタクトローラ３３を横方向に振動させながら研磨を行うようにしても良い。なお、ペーパー研磨方式で使用する研磨紙３１は、研磨粒度を♯９００以上の細かい研磨紙を使用する。研磨紙は番手が大きくなるほど粒度は細かくなり、ペーパー研磨方式で使用する♯９００より番手の小さい研磨紙、すなわち、ペーパー研磨紙より粗い粒度の研磨紙を使用した場合を以下では粗研磨方式と呼ぶことにする。
【００１７】
このヒートローラ２１の表面の研磨を行った後、約３８０〜４２０℃の焼成炉にてヒートローラ２１の表層２１ａの再焼成を行う。このような工程によりヒートローラ２１の表層２１ａを加工してヒートローラ２１を製造する。
【００１８】
次に、このように製造されたヒートローラ２１の物性測定結果を説明する。
【００１９】
先ず、ヒートローラの表層のコート膜厚変化の測定について説明する。Ｎｏ．１からＮｏ．３の異なるヒートローラの表面のコート膜厚を、フィッシャー膜厚計を用いて、焼成後、研磨後、再焼成後の各製造工程において測定している。また、図３から図５は各製造工程におけるヒートローラ表面の粗さの測定結果の一部を示す図であり、図３は焼成後、図４は研磨後、図５は再焼成後である。
【００２０】
表１は焼成後におけるヒートローラの表面のコート膜厚の測定結果の平均値を示している。
【００２１】
【表１】
2004212627.tif 000003
【００２２】
この表１に示すように、各製造工程すなわち、焼成後、研磨後、再焼成後に至るまでヒートローラのコート膜厚の平均値に変化はほとんど見られなかった。
【００２３】
次に上記測定結果に基づいて算術平均粗さＲａと、局部山頂の平均間隔Ｓとを求める。算術平均粗さＲａとは、ヒートローラの表層の膜厚を測定した結果から得られる粗さ曲線からその平均値の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値（μｍ）である。また、局部山頂の平均間隔Ｓとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分において隣り合う局部山頂間に対応する平均線の長さを求め、この多数の局部山頂の間隔の算術平均値（μｍ）である。
【００２４】
ヒートローラ表面のコート膜厚の焼成後、研磨後、再焼成後の各製造工程における算術平均粗さＲａを表２に示し、局部山頂の平均間隔Ｓを表３に示す。
【００２５】
【表２】
2004212627.tif 000004
【００２６】
【表３】
2004212627.tif 000005
【００２７】
表２及び表３に示すように、ヒートローラの表層の焼成後に研磨を行うことにより、研磨前に対して算術平均粗さＲａ、すなわち、粗さの高さは約４０％となり、局部山頂の平均間隔Ｓ、すなわち、粗さの幅は約２０％となる。また、ヒートローラの表層の再焼成を行うことにより再焼成前に対して、算術平均粗さＲａは約７０％と低くなるが、局部山頂の平均間隔Ｓはほとんど変化が見られない。従って、ヒートローラの表面にペーパー研磨によって形成されたピッチは再焼成前と比較して高さは低くなるが幅はほとんど変らない微小な凹凸が残っている。
【００２８】
次に、上述の各製造工程における、焼成後、研磨後、再焼成後のヒートローラと、焼成後研磨を行わずに再焼成したヒートローラ及び焼成後研磨方式を粗研磨方式に変えて研磨したときの各ヒートローラの表面のコート膜厚測定を行うと共にその各ヒートローラを組み込んだ画像形成装置の用紙の剥離性試験を行った結果を表４に示す。
【００２９】
各ヒートローラを組み込んだ画像形成装置は東芝製デジタル複写機ＰＲＥＭＡＧＥ４５５改造機であり、その製品仕様は、プロセススピード２００〜２５０ｍｍ／ｓｅｃ、プリントスピード３５〜４５枚／分（Ａ４横）、ウォーミングアップタイム３０秒以下となっている。また、この用紙の剥離性試験の条件は、気温３０℃湿度８０％、カセット通紙、用紙は重さ６４ｇ／ｍ２のＡ４サイズ、６〜８時間の調湿紙の環境下で先端余白は０〜１ｍｍの範囲のべた画像をカバーオープンにて３枚取る条件となっている。このような多湿環境において試験を行うのは、用紙の強度が落ちてヒートローラに巻きつき易い状態で試験を行うためである。また、同条件においてトナー固着試験も行っている。それらの試験結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
表４に示すように、焼成のみを行ったヒートローラＮｏ．Ａ、焼成後ペーパー研磨を行わずに再焼成をおこなったＮｏ．Ｄを組み込んだ場合は、べた画像を３回印字したときに、いずれの場合もジャム発生か、爪跡が発生している。従来より、印字率の大きなべたのような画像の剥離性についてはヒートローラとの接触面積が少ないほど有利だと考えられていたが、算術平均粗さＲａの大きさよりも局部山頂の平均間隔Ｓの大きさの要因のほうが大きいことが分かる。つまり、ヒートローラの表面のピッチの粗さの山頂間隔小さくなるほど（Ｓが５０μｍ以下になると）用紙の局部的な密着力が低減し、剥離しやすくなる。すなわち、高印字率画像の通紙性を確保するには、Ｓ≦５０μｍであることが必要である。なお、べた画像の印字を３回行った後に白紙コピーをとりオフセット画像が発生するかどうか確認したが、各ヒートローラのオフセットテストの結果を「○」で示すようにいずれの場合もオフセット画像は発生しなかった。
【００３２】
さらに、Ｎｏ．ＡからＮｏ．Ｅの各ヒートローラについてトナー固着試験を行った。トナー固着試験とは、ヒートローラの表面にトナーを強制的にのせた状態で定着器を不動のまま１８０〜２００℃に設定された状態でレディー放置を２４時間行い、その後に１枚プリントし、ヒートローラの表面にトナーが固着しているかどうか確認するテストである。表４では、トナーが固着していなければ「○」、固着した場合を「×」で示している。ヒートローラの表面のピッチの高さに対する山頂の間隔Ｓがおおきくなるほど（Ｓ／Ｒａが１８０以上になると）ヒートローラの表面のピッチへトナーを吸い込むアンカー効果が小さくなり接着力が低減し固着しにくくなると考えられる。すなわち、トナー固着を防止するためには、Ｓ／Ｒａが１８０以上であることが必要である。
【００３３】
本発明の製造方法によって製造されたＮｏ．Ｃのヒートローラの表面は、局部山頂の平均間隔Ｓが５０μｍ以下となっており、かつ、（局部山頂の平均間隔Ｓ／算術平均粗さＲａ）が１８０以上となっており、用紙の剥離性も良くトナー固着も発生せずに、良好な画像を得ることができた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、画像形成を行うときに高印字率画像の通紙性を確保できるヒートローラとヒートローラの製造方法及びそのヒートローラを設けた画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における画像形成装置の断面を示す図。
【図２】画像形成装置の定着器の断面を示す図。
【図３】焼成後におけるヒートローラ表面の粗さ曲線の一部を示す図。
【図４】研磨後におけるヒートローラ表面の粗さ曲線の一部を示す図。
【図５】再焼成後におけるヒートローラ表面の粗さ曲線の一部を示す図
【図６】ペーパー研磨方式を概略的に説明するための図。
【図７】テープ研磨方式を概略的に説明するための図。
【符号の説明】
１…画像形成装置、１６…定着器、２１…ヒートローラ、２１ａ…表層、２２…プレスローラ
【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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