(57)【要約】【課題】  ベルトニップ方式の定着装置において、圧力付与部材のゴム層の潤滑材による膨潤を防止し、圧力付与部材の形状を変形させないことで、定着ニップの圧力分布を長期にわたって維持することができ、当該定着ニップの圧力分布の変化による画像ずれ、搬送不良を防止し、記録材の搬送性を安定させることが可能となる。【解決手段】  圧力付与部材の支持部材に、潤滑剤がゴム層へ侵入するのを防止するオイルバリア層を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源を有する加熱定着部材と、
外周面が前記加熱定着部材に押圧され、トナー像を担持した記録媒体が前記加熱定着部材との間に挟み込まれるニップ部を形成する無端ベルトと、
前記無端ベルトの内側面に当接され、加熱定着部材の表面に沿って前記無端ベルトを押圧する圧力付与部材と、
前記圧力付与部材と無端ベルトの摺動抵抗を軽減するため前記圧力付与部材を被覆するシート状部材と、
前記無端ベルトと前記圧力付与部材との間を潤滑させる潤滑剤塗布部を前記無端ベルト内周面に設けた定着装置において、
前記圧力付与部材は、支持部材と弾性層から成り、前記支持部材に潤滑剤移動防止層を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記潤滑剤移動防止層は、
潤滑剤を弾く撥液層であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記潤滑剤移動防止層は、
フッ素樹脂から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記潤滑剤はシリコーンオイルであり、前記潤滑剤移動防止層は前記シリコーンオイルに対する接触角が３０°以上であることを特徴とする請求項１〜3に記載の定着装置。
【請求項５】
前記弾性層は、
JIS-Aゴム硬度が5°以上30°以下であることを特徴とする請求項１〜4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、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像形成装置において、未定着トナー像を加熱定着する定着装置に関し、特に、加熱源を有する定着部材に定着ベルトを加圧部材により圧接させるベルトニップ方式の定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像形成装置において、未定着トナー像を加熱定着する定着装置としては、種々の方式のものが提案されてきており、実際に製品化されている。かかる定着装置としては、例えば、加熱源を有する定着ロールに、定着ベルトを加圧部材により圧接させるベルトニップ方式のものがある。
【０００３】
このベルトニップ方式の定着装置としては、例えば、特許文献１に開示されているように、表面付近に弾性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロールと、外周面が前記加熱定着ロールに押圧され、トナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロールとの間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内面側に当接され、前記加熱定着ロールの表面に沿って前記エンドレスベルトを押圧する圧接面を備えた圧力付与部材とを有するように構成したものがある。
【０００４】
上記の様なベルトニップ方式の定着装置の場合には、エンドレスベルトの内面に、表面がゴムのような弾性層で形成された圧力付与部材が圧接しているため、当該エンドレスベルトと圧力付与部材との摺動抵抗が大きくなると、回転動作が不安定になり画像ずれ、搬送不良等が発生しやすいという問題点がある。
【０００５】
そこで、上記ベルトニップ方式の定着装置において、エンドレスベルト内面の磨耗を抑制するために、圧力付与部材の表面を、ガラス繊維製のシートにフッ素樹脂（ＰＦＡ）をコーティングしたシート状部材（以後、「摺動シート」と称する）によって被覆したり、表面に凹凸を形成して接触面積を小さくして摩擦を軽減する摺動シート（特許文献２参照）によって被覆したりする。
【０００６】
さらに、前記エンドレスベルトの内面にグリースやシリコーンオイル等の潤滑油を塗布するように構成したものが、既に提案され、実際に使用されている。
【０００７】
また、上記無端ベルトの内面にオイル等の潤滑剤を塗布する場合には、摺動シート表面の凹凸にオイル等の潤滑剤を保持する効果もあり、この点からも摺動シートと無端ベルト内面との摺動抵抗の低減効果が得られる。
【０００８】
また、特許文献３に開示されているように、ベルトニップ方式の定着装置の圧力付与部材は、加熱定着ロールと成すニップ域で加熱定着ロールの軸方向中央部に作用する荷重が、前記加熱定着ロールの軸方向両端部に作用する荷重よりも大きくなる荷重分布を成すように（図５（a）参照）、正クラウン形状をしていることが好ましい（図４（a）参照）。このように構成することで、記録材幅方向中央部の搬送速度は遅く、両端部は速くなり、中央部を中心として両端部に回転モーメントが発生し、記録材のしわは幅方向に伸ばされ、画像ズレやしわ発生を防止することができる。
【０００９】
また、前記圧力付与部材は、上述のような圧力分布を成すために弾性層は軟らかい方がよく、ゴム硬度５〜30°（JIS-A）のシリコーンゴムが一般的に使用されている。
【特許文献１】特開２００４−１０９８７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１４８９７０号公報
【特許文献３】特開平１０−２２８１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、圧力付与部材の表面を、摺動シートによって被覆するように構成したものであり、その表面に潤滑剤が塗布されている。このため潤滑剤と圧力付与部材の弾性層が直接接触することはない（図３（a）参照）。しかしながら、シリコーンオイル等の表面エネルギーの小さい潤滑剤を使用した場合、定着装置の使用が長期にわたってくると、潤滑剤は定着装置内の様々な部材に広がっていってしまう（図３（b）参照）。
【００１１】
この潤滑剤が圧力付与部材の弾性層に侵入してくると、弾性層を膨潤させてしまい、弾性層の外形形状が膨らんでしまう。特にゴム硬度５〜３０°（JIS-A）程度の低硬度のシリコーンゴムの場合、高硬度ゴムに比べて分子構造が疎なため、シリコーンオイルが侵入しやすく、オイル膨潤しやすい。
【００１２】
上記従来のベルトニップ方式では、圧力付与部材を摺動シートで被覆しているが、加熱定着ローラの軸方向の両端部に相当する部分が開口になっている。このため、開口部から潤滑材が圧力付与部材の支持部材の表面を伝って、弾性層に侵入してしまう。
【００１３】
こうして、加熱定着ローラの軸方向の両端部に相当する開口部から潤滑剤が侵入して圧力付与部材の弾性層を膨潤させた場合、元々中凸形状の圧力付与部材の両端部が凸形状になり、三つ山状の外形形状となる（図４（b）および図５（b）参照）。
【００１４】
圧力付与部材弾性層の形状が三つ山形状となった場合、記録材に対して幅方向に伸ばされる力が無くなってしまい、記録材の画像ズレはしわが発生してしまうなど、記録材の搬送性が不安定になってしまう。
【００１５】
このように、上記従来のベルトニップ方式の定着装置の場合には、長期にわたって安定して記録材を搬送できるものではなかった。
【００１６】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ベルトニップ方式の定着装置において、圧力付与部材の外形形状を長期にわたって維持することができ、記録材の画像ズレやしわの発生を防止し、長期にわたって記録材を安定的に搬送することが可能な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】
【００１７】
すなわち、請求項１に記載の発明は、加熱源を有する加熱定着部材と、外周面が前記加熱定着部材に押圧され、トナー像を担持した記録媒体が前記加熱定着部材との間に挟み込まれるニップ部を形成する無端ベルトと、前記無端ベルトの内側面に当接され、加熱定着部材の表面に沿って前記無端ベルトを押圧する圧力付与部材と、前記圧力付与部材と無端ベルトの摺動抵抗を軽減するため前記圧力付与部材を被覆するシート状部材と、前記無端ベルトと前記圧力付与部材との間を潤滑させる潤滑剤塗布部を前記無端ベルト内周面に設けた定着装置において、前記圧力付与部材は、支持部材と弾性層から成り、前記支持部材に潤滑剤移動防止層を設けたものである。
【００１８】
このように、潤滑剤の移動を防止することで、弾性層の潤滑剤の侵入を防ぎ、弾性層の潤滑剤による膨潤を起こさないことが可能となる。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、前記潤滑剤移動防止層は、潤滑剤を弾く撥液層であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置である。
【００２０】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記潤滑剤移動防止層は、フッ素樹脂から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置である。
【００２１】
また更に、請求項４に記載の発明は、前記潤滑剤はシリコーンオイルであり、前記潤滑剤移動防止層は前記シリコーンオイルに対する接触角が３０°以上であることを特徴とする請求項１〜3に記載の定着装置である。
【００２２】
このように、潤滑剤を弾く撥液層によって、オイルに濡れないオイルバリア層ができ、オイルの侵入を防止することができる。
【００２３】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記弾性層はJIS-Aゴム硬度が5〜30°であることを特徴とする請求項１〜4に記載の定着装置である。
【００２４】
圧力付与部材は、前述のように定着ニップを加熱定着ローラ軸方向に中凸形状にするためゴム硬度が5〜30°が適しており、30°を超える場合、両端部の圧力がかからず、中凸形状を形成できなくなる。高硬度ゴムであれば、フッ素ゴム等のそもそもシリコーンオイルに対して膨潤しにくいゴムを選択することも可能であり、実際、フッ素ゴム層をオイルバリア層として設けた加熱定着ローラが使用されている。しかし、前述のベルトニップ方式の定着装置の圧力付与部材に用いるゴムとしてフッ素ゴムは硬度が高いものしか無いため適していない。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、この発明によれば、ベルトニップ方式の定着装置において、圧力付与部材のベースプレート（支持部材）にフッ素コート（焼成込み）を行うことでエンドレスベルト内の潤滑剤であるシリコーンオイルのゴム部への侵入を防止することができる。よって、定着ニップ部の圧力付与部材が、エンドレスベルトを介して加熱定着ローラに与える圧力分布が中凸形状を維持することが可能となり、長期にわたって、画像ズレ、しわの発生しない安定した定着装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図２はこの発明の実施の形態１に係る定着装置を示す構成図である。
【００２８】
この定着装置は、加熱源を内蔵した加熱定着ロール２と、加熱定着ロール２に圧接されるエンドレスベルト３と、このエンドレスベルト３の内面側に当接され、加熱定着ロール２の表面に沿ってエンドレスベルト３を押圧する圧力付与部材４とで主要部が構成されている。
【００２９】
図２において、2は加熱定着ロールを示すものであり、この加熱定着ロール2は、図示しない駆動源によって矢印方向に沿って所定の速度たとえば２0０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転駆動されるようになっている。上記加熱定着ロール2は、例えば、外径６0ｍｍ、内径５7ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒状に形成された金属製コア５を備えており、この金属製コア５としては、例えば、アルミニウムやステンレス等からなるものが用いられる。上記金属製コア５の表面には、弾性体層６としてＨＴＶシリコーンゴム（ＪＩＳ−Ａゴム硬度10°）が２ｍｍの厚さに被覆されているとともに、この弾性体層６の表面には、さらに表層７として５０μｍの厚さのフッ素チューブが被せられており、この表層７の表面は、鏡面状態に近い状態に仕上げられている。
【００３０】
なお、金属製コア５としては、アルミニウムやステンレス等以外にも熱伝導率の高い金属からなるものを使用することができ、表層７としては、フッ素系樹脂をコートしたものも使用することができる。
【００３１】
また、上記金属製コア５の内部には、加熱源として出力１０００Ｗのハロゲンランプ８が配置されており、加熱定着ロール２は、このハロゲンランプ８によって表面温度が所定の温度となるよう内部から加熱されるようになっている。上記加熱定着ロール２の表面温度は、当該加熱定着ロール２の表面に備えられた不図示の接触または非接触の温度センサーによって検出され、加熱定着ロール２の表面温度が例えば１７０℃となるように、図示しない温度コントローラーによって制御されるように構成されている。
【００３２】
また、上記加熱定着ロール２の表面には、耐熱性のエンドレスベルト３が所定のニップ幅に渡って圧接するように配置されている。このエンドレスベルト３は、例えば、厚さ７５μｍ、幅３４０ｍｍ、周長１５０ｍｍのポリイミドフィルムによって形成され、表層にPFAなどのフッ素樹脂チューブを設けている。エンドレスベルトは内側から圧力付与部材４によって加熱定着ロール２に対して加圧されており、加熱定着ロール２の回転にともなって従動回転する。エンドレスベルトの表層チューブとポリイミド基層の間には２００μｍ程度のゴム層を設ける場合もあり、カラーの画像形成装置ではより好ましい場合もある。
【００３３】
圧力付与部材であるパッド部材４は、図１に示すように、ステンレス等の金属からなる支持部材であるベースプレート２１の表面に、積層された弾性体層２４を配置して構成されている。また、上記パッド部材４の表面は、シート状部材としてのパッドシート２５によってエンドレスベルトとの摺動面が被覆されている。
【００３４】
さらに、上記パッド部材４は、ベースプレート２１側に配置された図示しない圧縮コイルスプリングによって、加熱定着ロール１に向けて例えば５０ｋｇｆの押圧力で圧接されている。上記ベースプレート２１としては、例えば、幅（ベルトの走行方向）２０ｍｍ、長さ（紙面の垂直方向）３６０ｍｍ、厚さ5ｍｍのステンレス鋼製のものが用いられる。また、弾性体層２４は、ゴム硬度5°または3０°のシリコーンゴムからなり、幅方向の中心部の厚さ５ｍｍで、上下流側は加熱定着ロール２の円周に沿うように厚みが増加した形状のものである。なお、ここでゴム硬度は、高分子科学社製のアスカーＣタイプのスポンジ用ゴム硬度計により、荷重３００ｇｆを付加して計測した結果である。
【００３５】
本実施の形態では、前記圧力付与部材と無端ベルトの摺動抵抗を軽減するため前記圧力付与部材を覆うシート状部材を備えており、このシート状部材は、耐熱性および耐磨耗性を有する材料から構成されている。
【００３６】
エンドレスベルトの内周面にはオイル塗布部材３０が当接されている。オイル塗布部材３０は、クリーニングウェブ等に用いられるアラミド等の耐熱性の不織布（フェルト）であり、潤滑材となるシリコーンオイルを含浸している。シリコーンオイルは信越化学（株）製ジメチルシリコーンオイルKF96-300CSを使用した。図２矢印方向に定着ローラが回転すると、圧力付与部材４により加圧されたエンドレスベルト３は同矢印方向に回転する。それにともない図３（a）において、オイル塗布部材３０に含浸されていたシリコーンオイル（図中点線表示）がエンドレスベルト内周面に塗布されていく。エンドレスベルト内面に油膜が形成されることにより、圧力付与部材４圧接部での摺動負荷を低減しており、エンドレスベルトの回転が安定し、記録材の搬送性が安定する。
【００３７】
しかし、前述の定着装置を長期間使用すると、潤滑剤であるシリコーンオイルが摺動シート２５表層を伝い、圧力付与部材４の表面に侵入してくる。
本件はこのシリコーンオイルの侵入防止に関する発明であり、本実施例では、圧力付与部材のゴム硬度５°及び３０°のものについて、各々下表１の実施例および比較例1〜３について検討した。
【００３８】
【表１】
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以下に、実施例および比較例1〜３について詳細に説明する。
【００３９】
図１に示す実施例１の圧力付与部材4のベースプレート21は、SUSの基材に潤滑剤移動防止層としてフッ素樹脂を用いている。フッ素樹脂材料としては、例えばテトラフルオロエチレン系重合体（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）系共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン系共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレン-テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）等のフッ素樹脂が挙げられるが、本例ではＰＴＦＥを用いた。
【００４０】
フッ素樹脂塗料はプライマーを塗布したベースプレート上に、例えばスプレー塗装等により塗布され、室温から約１００℃までの温度で３０分から１時間乾燥させることにより、フッ素樹脂の乾燥被膜が形成される。このフッ素樹脂の乾燥被膜は未焼成であって、フッ素樹脂の粒子が単に重なり合っているだけのものであるため、その表面は粒子の形状に沿った凹凸があり、強くこすると脱落し易いものである。フッ素樹脂乾燥被膜は、たとえば３６０〜４００℃の温度で、たとえば１０分から１時間程度焼成することにより、平滑で傷のないフッ素樹脂層に転化する。
【００４１】
弾性層２4は、不図示の外型にたいして、上記ベースプレートを嵌め込み、シリコーンゴムを注入、焼成して成形される。
【００４２】
以上のような工程で、実施例の圧力付与部材４は完成する。
【００４３】
比較例１の圧力付与部材４は、上記フッ素樹脂コートが無いものであり、SUSのベースプレート２１にシリコーンゴムの弾性層２４を成形した従来例にあたるものである。
【００４４】
比較例２の圧力付与部材４は、比較例１に対して、弾性層成形後のベースプレート２１にフッ素コート処理を行ったものである。シリコーンゴムの耐熱性は２５０℃程度なので、上記フッ素樹脂をコートして乾燥しただけのものであり、３６０〜４００℃で焼成することができない。したがって、フッ素コート層は上述のようにフッ素樹脂の粒子が単に重なり合っているだけのものであり、オイルバリア効果としては低いと予想されるものである。しかし、工程が少ないので量産性は有利なものである。
【００４５】
実施例および比較例２に関して、フッ素コート層の上記シリコーンオイルに対する接触角を測定した。自動接触角計（協和界面科学（株）製）により測定したところ、
実施例    ：  ３０°
比較例２  ：  ２５°
となった。実施例の方が焼成工程があるためにフッ素樹脂層が形成されており、より撥油性が高いと考えられる。
【００４６】
比較例３の圧力付与部材４は、比較例１に対して、弾性層成形後の弾性層にフッ素コート処理を行ったものである。比較例２と同様３６０〜４００℃で焼成することができないので、弾性層表面にフッ素樹脂の粒子が重なり合っているだけのものである。しかし、弾性層を直接コートしているので、オイルバリア効果として、ベースプレートにコートするよりは、効果が高い可能性があるものである。
【００４７】
以上のように製造したゴム硬度５°および30°の各実施例および比較例1〜3の圧力付与部材を前述の定着器に実装して比較検討を行った。各圧力付与部材について普通紙64ｇおよび再生紙64gを各100枚、室温３０°、湿度80％の環境下でベタ画像を画像形成したときの画像ズレ、しわの発生頻度を定着装置が初期の状態と10万枚通紙後の耐久後の状態で比較検討した結果、表２および表３のようになった。
【００４８】
【表２】
2007248858.tif 000004
【００４９】
【表３】
2007248858.tif 000005
表２及び表３の結果からわかるように、実施例に関しては初期および１0万枚耐久後に画像ズレ、しわの発生はみられなかった。一方、比較例１〜３はどれも画像ズレまたはしわが発生してしまった。画像ズレは、しわの軽微なものと考えられるものである。
【００５０】
実施例のゴム硬度5°および30°の圧力付与部材を10万枚耐久後に調査したところ、ベースプレートのフッ素コート部がオイルバリアとなり、弾性層へのシリコーンオイルの侵入を防止しているのが確認できた。また、弾性層の外形を測定したところ、初期の形状からの変化は見られなかった。外形測定は、キーエンス（株）製レーザー測長器を使用した。
【００５１】
比較例１のゴム硬度5°および30°の圧力付与部材を10万枚耐久後に調査したところ、弾性層へのシリコーンオイルの侵入がみられ、シリコーンゴムが膨潤していた。上記同様に外形測定したところ、初期に比べて、軸方向両端部の高さが高くなっているのが測定され、ゴム硬度30°よりも5°の方が若干膨潤が大きかった。この膨潤により、記録材を軸方向両端部へ引き伸ばす方向へ働く力が減少し、画像ズレやしわを発生させたと考えられる。
【００５２】
比較例２のゴム硬度5°および30°の圧力付与部材を10万枚耐久後に調査したところ、比較例１ほどではないものの、弾性層へのシリコーンオイルの侵入がみられ、シリコーンゴムが膨潤していた。やはり、ゴム硬度30°よりも5°の方が若干膨潤が大きかった。これは、ベースプレートのフッ素コートが未焼成のため、フッ素樹脂粒子間をオイルが浸透していったためであり、実施例のような効果が得られなかったと考えられる。
【００５３】
比較例３のゴム硬度5°および30°の圧力付与部材を10万枚耐久後に調査したところ、比較例１ほどではないものの、弾性層へのシリコーンオイルの侵入がみられ、シリコーンゴムが膨潤していた。上記同様にゴム硬度30°よりも5°の方が若干膨潤が大きかった。これは、ゴム層のフッ素コートが未焼成のため、比較例２同様、フッ素樹脂粒子間をオイルが浸透していったためであり、実施例のような効果が得られなかったと考えられる。
【００５４】
以上の結果から、フッ素コートはベースプレート上であれ、ゴム層であれ焼成しないとオイルバリアの効果が得られないことがわかった。しかしゴム成形後に焼成することはできないので、ベースプレートにフッ素コートすることが有効であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例の圧力付与部材を示す説明図である。
【図２】本発明の定着装置の構成を示す説明図である。
【図３】(ａ)本発明の定着装置初期の潤滑剤の移動を説明する説明図である。(ｂ)本発明の定着装置耐久後の潤滑剤の移動を説明する説明図である。
【図４】(ａ)本発明の実施例および比較例の初期の圧力付与部材を示す説明図である。(ｂ)本発明の比較例の耐久後の圧力付与部材を示す説明図である。
【図５】(ａ)本発明の初期の圧力付与部材が加熱定着ローラに与える荷重を示す説明図である。(ｂ)本発明の比較例の耐久後の圧力付与部材が加熱定着ローラに与える荷重を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
２  加熱定着ロール
３  エンドレスベルト
４  圧力付与部材
２１  支持部材（ベースプレート）
２４  弾性層
２５  シート状部材（摺動シート）
２８  潤滑剤移動防止層（フッ素コート）
３０  潤滑剤塗布部材
【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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