(57)【要約】【課題】  初期ならびに長期にわたって安定して定着回転体へのトナーの付着を確実に防止しつつ、色の再現性、ＯＨＰシートの光透過性を損なうことがなく、定着後の記録材の接着性、加筆性を保つことができる画像形成装置の定着装置を提供する。【解決手段】  互いに圧接され回転する一対の定着回転体を有し、電子写真プロセスによって記録材上に形成されたトナー像を上記一対の定着回転体の圧接部へ通過させることによって定着させる画像形成装置の定着装置において、上記定着回転体の表面基盤の研磨方向と同方向の測定長さ２５μｍにおける表面粗さＲが、Ｒ＜２００［ｎｍＲｚ］である。【選択図】          図１
2005043922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに圧接され回転する一対の定着回転体を有し、電子写真プロセスによって記録材上に形成されたトナー像を上記一対の定着回転体の圧接部へ通過させることによって定着させる画像形成装置の定着装置において、
上記定着回転体の表面基盤の研磨方向と同方向の測定長さ２５μｍにおける表面粗さＲが、Ｒ＜２００［ｎｍＲｚ］であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
互いに圧接され回転する一対の定着回転体を有し、電子写真プロセスによって記録材上に形成されたトナー像を上記一対の定着回転体の圧接部へ通過させることによって定着させる画像形成装置の定着装置おいて、
上記定着回転体の表面基盤の研磨方向と同方向の測定長さ２５μｍにおける表面粗さの初期値をＲ’［ｎｍＲｚ］、当該定着装置によって定着させた記録材の累積枚数をＴ［１０００枚］として、
Ｒ’＋１．３３Ｔ＜２００［ｎｍＲｚ］
の条件で使用することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記表面基盤は、ゴム部材で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、より詳しくはその定着装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平５−１１９６５９号公報
【特許文献２】特開平６−３０８８４９号公報
【特許文献３】特開平１０−３３３４７８号公報
【０００３】
従来から複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置の定着装置としては、ロール状やベルト状の互いに圧接する一対の定着回転によって定着を行なうものがよく知られている。すなわち、電子写真プロセスによって記録材上に形成された未定着トナー像を一対の定着回転体のニッブ部を通過させ、その際に定着回転体からの熱と圧力との作用によってトナー像を記録材上に定着させ、永久像を得るものである。また、定着回転体としてはロール状のものや無端ベルト状のものが知られている。
【０００４】
このような定着装置において、従来から問題であったのがトナーの定着回転体への付着（オフセット）である。すなわち、一対の定着回転体のニップ部を通過する際に未定着トナーが融解状態となるため、接触する定着回転体へ付着しやすい。そのため、記録材自体が定着回転体から剥離されずジャムを引き起こしたり、定着回転体に付着したトナーが後続の記録材を汚染してしまう等の問題があった。
【０００５】
そのため、シリコーンオイル等の離型剤を各種の離型剤供給装置によって定着回転体表面に塗布することが行なわれている。しかし、この離型剤を余りに多く塗布しては、画像欠陥、特にフルカラー画像の色の再現性が劣る、ＯＨＰシートの光の透過性が劣る等の問題が生じ得る。
【０００６】
そこでこれらの問題を解決するために、本出願人は、特開平５−１１９６５９号公報（特許文献１）において離型剤供給装置を構成するドナーロール及びピックアップロールに表面粗さを規定することによって、定着回転体への離型剤塗布量を１５〜４０［μｌ／記録材片面］に規制する技術を、特開平６−３０８８４９号公報（特許文献２）においてドナーロールとピックアップロールとの回転に速度差を設けることによって、定着回転体への離型剤塗布量の下限を６［μｌ／記録材片面］に規制する技術を提案してきた。
【０００７】
さらに、本出願人は定着後の記録材に粘着テープを接着させやすくするため、定着後の記録材への加筆をし易くするために、ピックアップロールの特性とその表面粗さとを規定することによって離型剤塗布量を長期間にわたって安定して微量（２．５［μｌ／記録材片面］以下）に規制する技術について提案している（特許文献３参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この技術によって、色の再現性、ＯＨＰシートの光透過性を損なうことがなく、さらに定着後の記録材の接着性、加筆性を保つことができる。しかし、これほどまでに離型剤塗布量を微量に規制すると、離型剤を塗布する本来の目的であるトナーの定着回転体への付着を防止することが難しくなる場合もある。
【０００９】
本発明はこのような要請に基づいてなされたものであり、その目的とすることろは、初期ならびに長期にわたって安定して定着回転体へのトナーの付着を確実に防止しつつ、色の再現性、ＯＨＰシートの光透過性を損なうことがなく、定着後の記録材の接着性、加筆性を保つことができる画像形成装置の定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、互いに圧接され回転する一対の定着回転体を有し、電子写真プロセスによって記録材上に形成されたトナー像を上記一対の定着回転体の圧接部へ通過させることによって定着させる画像形成装置の定着装置において、上記定着回転体の表面基盤の研磨方向と同方向の測定長さ２５μｍにおける表面粗さＲが、Ｒ＜２００［ｎｍＲｚ］とするものである。
【００１１】
定着装置をこのような構成とすることによって、定着回転体への離型剤の塗布量が例えば２．５［μｌ／記録材片面］以下のような微量であっても、トナーの定着回転体への付着（オフセット）を初期ならびに長期にわたって確実に防止することができる。すなわち、本発明者は定着回転体の表面、それも基盤表面の微細な表面粗さがオフセットの発生と関係することを突き止め、さらに、極微量の離型剤の塗布量においても、確実にオフセットを防止することができるその基盤表面の微細な表面粗さを特定することに成功した。
【００１２】
ここで定着回転体にはロール状、無端ベルト状等の形状が含まれる。また、定着回転体の表面基盤とは、定着回転体の表面のうち、その表面を構成する充填材の凝集塊ならびに研磨傷による凹凸を除いた部分をいう。
【００１３】
また本発明は、互いに圧接され回転する一対の定着回転体を有し、電子写真プロセスによって記録材上に形成されたトナー像を上記一対の定着回転体の圧接部へ通過させることによって定着させる画像形成装置の定着装置おいて、上記定着回転体の表面基盤の研磨方向と同方向の測定長さ２５μｍにおける表面粗さの初期値をＲ’［ｎｍＲｚ］、当該定着装置によって定着させた記録材の累積枚数をＴ［１０００枚］として、Ｒ’＋１．３３Ｔ＜Ｒ＜２００［ｎｍＲｚ］の条件で使用する定着装置である。
【００１４】
定着装置をこのような構成にすることによって、定着させた記録材の累積枚数によって間接的に定着回転体の表面基盤の表面粗さの状態を知ることができ、定着回転体への離型剤の塗布量が例えば２．５［μｌ／記録材片面］以下のような微量であっても、オフセットが発生しない定着回転体の製品寿命を予測することができる。すなわち、本発明者は定着回転体の表面基盤の表面粗さと定着装置の定着させた記録材の累積枚数との関係を特定することに成功した。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、定着回転体への離型剤の塗布量が微量であっても、トナーの定着回転体への付着（オフセット）を初期ならびに長期にわたって確実に防止することができる。またその結果、離型剤の塗布量を微量に制限することが可能となるため、色の再現性、ＯＨＰシートの光透過性を損なうことがなく、定着後の記録材の接着性、加筆性を保つことができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、定着装置の定着させた記録材の累積枚数によって間接的に定着回転体の表面基盤の表面粗さの状態を知ることができ、定着回転体への離型剤の塗布量が微量であっても、オフセットが発生しない定着回転体の製品寿命を予測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は本実施例にかかる定着装置を示すものである。図１において、１は定着装置であり、この定着装置１は、加熱ロール１１と、張架ロール１５ａ、ｂによって張られた無端ベルト１２を介してこの定着ロール１１に圧接する圧力ロール１３と圧力パット１４とから成っている。
【００１９】
この加熱ロール１１の芯部分は、外径４６ｍｍ、内径４０ｍｍのアルミニウム円筒である。この芯部分の表面には、厚さ２ｍｍ、硬度４５°のシリコンゴムが被覆され、さらにその表面に厚さ２μｍのバイトンゴム（デュポン社製、商品名）がコーティングされている。また、無端ベルト１２は、厚さ７５μｍ、幅３００ｍｍ、周長１８８ｍｍのポリイミドフィルムに厚さ１７０μｍのシリコンゴムがコーティングされている。この無端ベルト１２は、ステンレスで形成された直径２３ｍｍの加圧ロールとそれぞれ直径１８ｍｍ、１７ｍｍの張架ロール１５ａ、ｂとによって４９．８Ｎの張力で巻回されている。また、加圧ロール１３は３５．３Ｎの力で無端ベルト１２を介して加熱ロール１１に押し当てられている。
【００２０】
この無端ベルト１２の表面基盤の表面粗さＲはＲ＝１００［ｎｍＲｚ］（＜２００［ｎｍＲｚ］）である。また、この測定長さは２５μｍである。なお、一般的な標準基準長（２５０μｍ）よりも測定長さを短くしたのは、定着回転体の表面を研磨処理しているため、その研磨処理による凹凸部を避けて計測するためである。その他の点についてはＪＩＳハンドブックに記載の方法で計測される。この表面粗さの測定には原子間力顕微鏡（島津製作所製、ＳＰＭ−９５００）を用いた。図２にその測定結果の模擬的な３次元表面図を示す。このように、定着回転体（無端ベルト１２）の表面には表面を構成する充填材の凝集塊による凸部や、定着回転体（無端ベルト１２）を研磨する際にできる研磨傷による凹部などがあるが、これらを除いた表面基盤の粗さを計測する。なお、原子間力顕微鏡によれば、凝集塊による凸部、研磨傷による凹部と表面基盤との区別は、前述の電子間力顕微鏡によればテレビモニターの画面上に測定表面が表示されるため、容易にその観察、区別が可能である。
【００２１】
また、図２の矢印で示すように、計測方向は定着回転体が本実施例のようにベルト状のもの、ロール状のものを問わず研磨方向と同方向に計測する。図３はその計測される部分（計測部）を示したものである。図３（ａ）は定着回転体がベルト状のものの場合の計測部を示しており、図３（ｂ）は定着回転体がロール状のものの場合の計測部を示している。なお、何れの図でも計測部は一点のみを示しているが、実際には軸方向に記録材通過紙部両サイド、中央の三箇所、さらにそれぞれの周方向に１２０°ステップに三箇所、合計９ヶ所の計測部の平均により計測を行なっている。
【００２２】
なお、本実施例では加圧ロール１３の表面粗さについては規定を設けていない。これはトナーと直接接触することがなく、オフセットが問題とならないためである。
【００２３】
上記加熱ロール１１及び圧力ロール１３は、その内部に収容されたヒータ８、９によって所定の温度に加熱される。なお、本発明にかかる離型剤供給装置が適用される定着装置はこのような加圧側の構成を無端ベルトによって構成したものに限定されるものでなく、例えば加熱ロールと加圧ロールによって定着を行うものであってもよい。
【００２４】
上記加熱ロール１１の近傍には、その表面にシリコーンオイル等の離型剤を微量（２．５［μｌ／記録材片面］以下）に塗布する離型剤供給装置２が設けられている。
【００２５】
この離型剤供給装置２は、表面が互いに接触して回転するピックアップロール（第一のロール）２１及びドナーロール（第二のロール）２２とを備え、ピックアップロール２１にシリコーンオイル（以下、単に「オイル」という）を供給するとともに、このピックアップロール２１に供給されるオイルをドナーロール２２を介して加熱ロール１１の表面に供給するものであり、ピックアップロール２１の表面には表面層２１１を設け、その表面粗さをＲａ≦０．２３［μｍＲａ］となるように設定し、ドナーロール２２の少なくとも表面を弾性体で構成したものである。
【００２６】
また、ピックアップロール２１に塗布したオイルを均一に適正量に制御するためにメタリングブレード２３をピックアップロールと平行に所定の圧力で圧着している。さらに、オイルを補給するために、ピックアップロール２１等と平行にオイル供給パイプ２４が設けられ、そのオイルを受け止めるためにピックアップロールに接して設けられるフェルト２５、余剰なオイルを溜めておくためにピックアップロール２１、メタリングブレード２３等の下方に設けられるオイルパン２６から成る。
【００２７】
さらに詳しくは、この離型剤供給装置２は、表面が互いに接触して回転するピックアップロール２１とドナーロール２２とを備え、ピックアップロール２１は、ステンレス製の円筒の表面に表面層２１１として硬質クロムメッキ加工を施し、直径１９．５ｍｍの円筒としたものであり、その表面粗さＲａは０．０６［μｍＲａ］（≦０．２３）とである。また、ドナーロール２２はステンレス製の円筒に弾性体層として硬度５１°のシリコンゴム層（表面粗さＲａ＝１．５［μｍＲａ］）を設け、直径２０ｍｍの円筒としたものである。
【００２８】
なお、このドナーロールの被覆ゴムの硬度Ｈｓは、余りに低くてはピックアップロール２１に紙粉等で傷が生じた場合にトナーロール２２自体が傷ついてしまう。一方、余りに高くてはドナーロール２２を加熱又は加圧ロール軸方向に均一に圧接させることが難しくなってしまう。したがって、ドナーロールの被覆ゴムの硬度Ｈｓは２８°≦Ｈｓ≦６５°であることが好ましい。また、このドナーロール２２は、ピックアップロール２１の表面にも接する共に、定着装置１の加熱ロール１１にも接している。
【００２９】
また、ピックアップロール２１に塗布したオイルを均一かつ適正量に制御するためのメタリングブレード２３は、シリコーンゴムによって形成されており、所定の圧接力でピックアップール２１に圧接するようにピックアップロールの長手方向全長にわたって配設されている。このメタリングブレード２３は、ピックアップロール２１の表面に圧接する部分が面取り等の処理がされてない角部（エッジ部）を有するものである。その角部のピックアップロール２１に対するくい込み量は０．９ｍｍである。
【００３０】
また、オイル供給パイプ２４から供給されるオイルをしみ込ませるフェルト２５の材質はノーメックスフェルト（千代田インテグラ製、商品名）である。なお、オイル供給パイプ、フェルト２５、メタリングブレード２３の下方には余剰なオイルを受けるためのオイルパン２６が設けられている。
【００３１】
上記ドナーロール２２は、加熱ロール１１とピックアップロール２１とに圧接し、従動するようになっている。また、本実施例では加熱ロール１１とピックアップロール２１とを同一の回転駆動源とするものである。
【００３２】
以下、本実施例にかかる定着装置の動作につてい説明する。加熱ロール１１及びピックアップロール２１を回転駆動させることにより、加熱ロール１１とピックアップロール２１との間に回転自在に設置されたドナーロール２２は、それらの回転に従動して回転を始める。すると、フェルト２５にしみ込んでいるオイルは、まず、ピックアップロール２１の表面に塗布される。このピックアップロール２１の表面に付着したオイル１３は、ピックアップロール２１の表面粗さとメタリングブレード２３によって一定量に規制され、所定の厚さを有する膜状になる。このオイルの膜は、ピックアップロール２１に接触するドナーロール２２の表面に転移し、さらにドナーロール２２に接触する加熱ロール１１の表面に塗布供給される。この加熱ロール１１に供給されるオイル量はトナーの加熱ロール１１への付着を防ぐとともに、定着後の記録材への接着性、加筆性を損なわない量である２．５［μｌ／記録材片面］に制限される。なお、余分なオイルは、オイルパン２６内に戻される。
【００３３】
このような量の離型剤が塗布された加熱ロール１１は、無端ベルト１２との間にニップ部を形成しており、そのニッブ部の未定着トナー像を保持した記録材が搬送される。このニップ部を通過される際に、その熱と圧力との作用によって定着トナーが融解し、記録材へ定着し、永久像となる。なお、この際、加熱ロール１１には表面基盤の表面粗さを規定しており、さらに離型剤の膜が形成されているため、融解状態のトナーがオフセットすることはない。
【００３４】
また、加熱ロール１１の周長が熱膨張のために変化し、一定の角速度で加熱ロール１１が回転しても、その周速度が変化する場合がある。このような場合にあっても、ドナーロール２２が回転自在に設置されているため、変化した周速度に追従して回転するため、加熱ロール１１とドナーロール２２との周速度に誤差が生じにくく、供給するオイルの量が少なくてもステッィクリップ、バックラッシュといった現象が起こらないため、結果として画質の欠陥が生じにくくなる。
【００３５】
さらに、加熱ロール１１とピックアップロール２１とを同一の駆動源によって回転駆動しているため、部品数が少なくなり、このような定着装置及びその離型剤供給装置を安価に提供することができる。
【００３６】
本実施例では定着回転体（加熱ロール１１）の表面基盤の表面粗さを規定することによって、微量の離型剤しか塗布されていない状態でもオフセットを確実に防止することができるものであるが、その表面粗さを特定するための実験を行なった。また、その表面粗さは上述のように原子間力顕微鏡によって計測されるものであるが、使用中の定着回転体の表面粗さを計測することは困難である。そこで、定着された記録材の累積枚数とその表面粗さとの関係を特定する実験を行なった。
【００３７】
次に上記実験の内容とその結果について説明する。
【００３８】
実験１（表面粗さの特定）
【００３９】
定着回転体の表面基盤の表面粗さが１００から３００［ｎｍＲｚ］までの８種類の定着回転体を作成し、その際のオフセットの発生について実験を行なった。なお、定着装置の構成は実施例において説明したものと同様である。また、定着回転体の作成は従来から周知のサンディングマシーンと呼ばれるロール表面研磨装置により行なった。
【表１】
2005043922.tif 000003
【００４０】
その実験の結果を示したものが表１である。オフセットが発生しながった場合は○を、発生した場合には×を付けている。このように、定着回転体の表面基盤の表面粗さが２００［ｎｍＲｚ］以上の場合にはオフセットが発生し、２００［ｎｍＲｚ］未満の場合にはオフセットが発生しなかった。
【００４１】
実験２（定着枚数との関係）
【００４２】
表面基盤の表面粗さの初期値Ｒ’が、Ｒ’＝１００［ｎｍＲｚ］の定着回転体を使用した定着装置によって定着を行ない、その定着した記録材の累積枚数をＴ［１０００枚］として、Ｔが１０、２０、３０、４０、５０、６０、７５の際の定着回転体の表面基盤の表面粗さＲ順次測定し、図４に示すようにＲ＝Ｒ’＋１．３３Ｔの関係式を得た。
【００４３】
この実験により、定着回転体の表面基盤の表面粗さＲ［ｎｍＲｚ］と定着の累積枚数Ｔ［１０００枚］とが一次線型の関係を有し、その比例係数が１．３３であることが明らかになったため、表面基盤の表面粗さの初期値Ｒ’と定着された累積枚数とによって、定着回転体の寿命を原子間力顕微鏡等によって実際にその表面粗さを計測しなくても予測することができる。例えば、初期値Ｒ’＝１００［ｎｍＲｚ］の定着回転体は（２００−１００）／１．３３≒７．５２で約７５００枚迄は離型剤の塗布量が微量であっても確実にオフセットを防止して定着を行なうことができることが分かる。
【００４４】
なお、比較のために従来の定着回転体の表面基盤の表面粗さを計測し、それを図４のグラフ上にＰ１〜Ｐ４としてプロットした。これら、従来のものはいずれも２００［ｎｍＲｚ］を越えており、離型剤が微量ではオフセットが生じるおそれがあることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は本実施例にかかる定着装置を示す構成図である。
【図２】図２は定着回転体の３次元表面の模式図である。
【図３】図３は定着回転体の計測部を説明するものである。。
【図４】図４は定着回転体の表面基盤の表面粗さと定着枚数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１…定着装置、１１…加熱ロール、１２…無端ベルト（定着回転体）、１３…圧力ロール、１４…圧力パット、１５ａ，ｂ…張架ロール、２…離型剤供給装置、２１…ピックアップロール、２１１…表面層、２２…ドナーロール、２４…オイル供給パイプ、２５…フェルト、２６…オイルパン
【図１】
2005043922.tif 000004
【図２】
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【図３】
2005043922.tif 000006
【図４】
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