(57)【要約】【課題】定着装置の定着部材の離型性とその維持性、耐磨耗性、熱伝導性を向上させる。【解決手段】定着部材は、芯材と、平均粒径１μｍ以下の耐磨耗性添加剤を分散させた、前記芯材を被覆する被覆層とを有する。定着装置はこの定着部材と、定着部材を熱する熱源と、被覆層を介して芯材に押し当てられる加圧部材とから構成される。この定着装置は、例えば、記録媒体上にトナー像を形成する画像出力手段と、画像出力手段によってトナー像の形成された記録媒体を被覆層と加圧部材との接触領域に搬送する搬送手段とを有する画像形成装置に設けられる。定着部材と加圧部材とによって形成される接触領域にトナー像を担持した記録媒体が搬送され、トナー像が溶融、加圧されることによって記録媒体に定着される。被覆層は磨耗してもその表面は滑らかであるから、被覆層に付着した付着物が記録媒体によって研磨清掃され易い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、
平均粒径１μｍ以下の耐磨耗性添加剤を分散させた、前記芯材を被覆する被覆層と
を有することを特徴とする定着装置の定着部材。
【請求項２】
前記耐磨耗性添加剤を含有量３重量％以上２０重量％以下にて前記被覆層に分散させたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置の定着部材。
【請求項３】
前記耐磨耗性添加剤は炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置の定着部材。
【請求項４】
前記被覆層は湿式塗布にて前記芯材表面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置の定着部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置の定着部材と、
前記定着部材を熱する熱源と、
前記被覆層を介して前記定着部材に押し当てられる加圧部材と
と有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５に記載の定着装置と、
記録媒体上にトナー像を形成する画像出力手段と、
前記画像出力手段によってトナー像の形成された記録媒体を前記定着部材と前記加圧部材との接触領域に搬送する搬送手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置の定着部材、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式、静電記録方式  静電印刷方式等においては、光導電性感光体または誘電体等で構成された潜像担持体上に形成された静電潜像をトナーを用いて現像する。そして、トナー像を用紙に転写し、定着装置によってトナー像を用紙に定着させる。トナーの定着方法としては、熱効率が高いこと、および高速な定着が可能であることから、熱ローラ定着方式が広く採用されている。熱ローラ定着方式では、熱源を備えた定着ローラ（定着部材）とこれに押し当てられた加圧ローラ（加圧部材）とによって形成される接触領域に未定着トナー像を担持した用紙を挟み込み、トナー像を加熱して溶融、加圧することによって用紙に定着させる。
【０００３】
定着の効率はトナー粒子の温度をいかに早くその樹脂の軟化点まで上昇させるかで決まる．そのため、定着の効率を高めるためにトナーの結着樹脂に軟化点の低い低軟化樹脂を含有させることが行われるが、この場合、定着時にトナー像の一部が定着ローラ表面に付着し、付着したトナーが用紙に転移して用紙の地肌汚れを引き起こすホットオフセット現象や、用紙が定着ローラ表面に付着して巻き付く巻き付き現象が発生しやすくなる。また、トナー像定着後の用紙を積み重ねて保管する場合にトナーによって用紙同士が貼り付くブロッキング現象を引き起こすこともある。
【０００４】
一方、定着ローラに対しては、溶融トナーのオフセットを防止しながら用紙を所定経路へと搬送することが要求される。すなわち、定着ローラは優れた離型性を有していなければならない。また、この離型性を長期間にわたって維持する維持性を有していなければならない。また、耐磨耗性、熱伝導性に優れていることが要求される。
【０００５】
定着ローラの離型性を向上させるための技術が提案されている。特許文献１では、ＰＦＡ（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）で被覆した定着ローラが示されている。特許文献２では、導電性物質を分散したＰＦＡで被覆した定着ローラが示されている。特許文献３では、酸化マグネシウムを含有したＰＦＡで被覆した定着ローラが示されている。
【特許文献１】特開平６−１６７９００号公報
【特許文献２】特開平６−１６７９０１号公報
【特許文献３】特開平１０−１６１４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記文献において提案された定着ローラは、要求される条件のすべてを満たしているわけではない。特許文献１、２で示された定着ローラは、離型性とその維持性は良いが、耐摩耗性と熱伝導性が良くない。特許文献３で示された定着ローラは、離型性とその維持性、耐摩耗性は良いが、熱伝導性が良くない。
また、以下に示す事情もある。近年、中性紙の使用が増えている。特許文献３のように耐磨耗性を高めた定着ローラの場合、定着ローラの特定の箇所に全くトナー像が触れない状態（例えば、文書の余白部分）で中性紙の通紙を続けると定着ローラの離型性が急速に低下し、離型性の維持性が悪くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、定着装置の定着部材の離型性とその維持性、耐磨耗性、熱伝導性を向上させることのできる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明は、芯材と、平均粒径１μｍ以下の耐磨耗性添加剤を分散させた、前記芯材を被覆する被覆層とを有することを特徴とする定着装置の定着部材を提供する（請求項１）。
請求項１に記載の定着装置の定着部材において、前記耐磨耗性添加剤を含有量３重量％以上２０重量％以下にて前記被覆層に分散させることが好ましい（請求項２）。
請求項１または２に記載の定着装置の定着部材において、前記耐磨耗性添加剤は炭化ケイ素であることが好ましい（請求項３）。
請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置の定着部材において、前記被覆層は湿式塗布にて前記芯材表面に形成されていることが好ましい（請求項４）。
また、本発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置の定着部材と、前記定着部材を熱する熱源と、前記被覆層を介して前記定着部材に押し当てられる加圧部材とと有することを特徴とする定着装置を提供する（請求項５）。
また、本発明は、請求項５に記載の定着装置と、記録媒体上にトナー像を形成する画像出力手段と、前記画像出力手段によってトナー像の形成された記録媒体を前記定着部材と前記加圧部材との接触領域に搬送する搬送手段とを有することを特徴とする画像形成装置を提供する（請求項６）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、定着装置の定着部材の離型性とその維持性、耐磨耗性、熱伝導性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
＜構成＞
図１は、本発明に係る定着装置１１の構成を示す図である。
定着装置１１は熱源としてのヒータ１０３を内蔵した定着ローラ（定着部材）１０１と、定着ローラ１０１に押し当てられる加圧ローラ（加圧部材）１０２とを備える。軸１０１ａ、１０２ａは軸受（図示省略）によって支持されており、定着ローラ１０１、加圧ローラ１０２はそれぞれ軸１０１ａ、１０２ａを回転軸として自在に回転できるようになっている。モータ（図示省略）が発生する動力がギヤ等（図示省略）によって定着ローラ１０１に伝達され、これによって定着ローラ１０１が矢印Ｃ方向に回転駆動される。未定着トナー像が転写された用紙（記録媒体）Ｐは、定着ローラ１０１と加圧ローラ１０２とによって形成される接触領域にトナー像を定着ローラ１０１側に向けた状態で搬送機構（図示省略）によって進入させられ、定着ローラ１０１表面との間に生じる摩擦力によって矢印Ｄ方向に搬送される。
【００１１】
接触領域の下流側には、定着ローラ１０１に用紙Ｐが巻き付くことを防ぐ分離爪１０４が設けられている。分離爪１０４はスプリング（図示省略）の弾性力によって先端部が定着ローラ１０１の表面に押し当てられている。定着ローラ１０１の上方にはサーミスタ１０６が設けられており、定着ローラ１０１の表面温度が測定される。温度調整装置１０５は、サーミスタ１０６によって測定された温度に基づいてヒータ１０３を制御し、これによって定着ローラ１０１の表面温度が約１８０℃に保たれるようになっている。接触領域の上流側および下流側には用紙Ｐを搬送経路に導くためのガイド１０７が設けられている。
【００１２】
定着ローラ１０１は例えば、アルミニウム製の厚さ５ｍｍ、軸方向長さ３５０ｍｍで直径６５ｍｍのパイプ（芯材）１１０と、パイプ１１０の外周を被覆するフッ素樹脂からなる厚さ３０μｍの樹脂層（被覆層）１１１から構成されている。フッ素樹脂は例えばＰＦＡである。樹脂層１１１は、湿式塗布によって形成されており、トナー像が定着された用紙Ｐを定着ローラ１０１から剥離しやすくするための離型層として作用する。さらに、樹脂層１１１には、平均粒径１μｍ以下の耐磨耗性添加剤が含有量３乃至２０重量％にて分散されている。耐磨耗性添加剤は例えば炭化ケイ素であり、樹脂層１１１の耐磨耗性を向上させる作用を持っている。
【００１３】
加圧ローラ１０２は例えば、スチール製の軸方向長さ３５０ｍｍ、直径４１ｍｍの丸棒の表面にメッキを施した芯金１２０の表面に、厚さ１２ｍｍの多孔質のゴム硬度６０度（ＪＩＳ−Ａ）のシリコンゴム層１２１を巻き付け、さらにその表面が厚さ１００μｍのＰＦＡチューブからなる樹脂層１２２によって被覆されている。シリコンゴム層１２１には、導電性添加剤としてカーボン粒子が分散されており、その体積方向の抵抗値は１０の６乗Ωに調整され、電気的に接地されている。また、樹脂層１２２には、導電性添加剤としてカーボン粒子が分散されており、その体積方向の抵抗値は１０の５乗Ωに調整されている。
定着ローラ１０１と加圧ローラ１０２とは、２４０ｋｇｆの荷重で押し当てられ、用紙搬送方向に約９ｍｍの接触領域が形成されている。定着ローラ１０１はモータによって４６０ｍｍ／ｓｅｃの速度で回転駆動される。
【００１４】
図３は、本発明に係る定着装置１１を備えた画像形成装置１を示す図である。画像形成装置１は例えば複写機である。
制御部４が記憶部５に記憶されているプログラムを実行することによって画像形成装置１各部の動作を制御する。画像入力部１２は、原稿を光学的に読み取って電気信号を出力するスキャナ装置である。制御部４はこの電気信号に基づいてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を表すラスタ画像データを生成する。
画像出力部６は、画像形成エンジン７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ、転写ベルト８等からなる。画像形成エンジン７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ色）、マゼンタ（Ｍ色）、シアン（Ｃ色）、ブラック（Ｋ色）の各色のトナー像を形成する。各画像形成エンジンの構成は共通であるから、ここでは画像形成エンジン７Ｙについてのみ説明する。
【００１５】
感光体ドラム２０Ｙは円筒形をなした感光体であり、周面が光導電性を有している。帯電装置２１Ｙは、矢印Ａの方向に回転駆動される感光体ドラム２０Ｙの表面を所定の電位に帯電させる。露光装置１９Ｙは、感光体ドラム２０Ｙに対して露光用ビームＬＢを照射する走査光学系であり、感光体ドラム２０Ｙの表面にラスタ画像データに基づいた静電潜像が形成される。
現像装置２２Ｙは、感光体ドラム２０Ｙ表面に形成された静電潜像にトナーを付着させることによってトナー像を形成する。感光体ドラム２０Ｙ表面に形成されたトナー像は、転写装置２５Ｙに印加された電圧による電界の作用によって、転写ベルト８表面に転写される（１次転写）。
画像形成エンジン７Ｍ、７Ｃ、７Ｋにおいても各色に対応したトナー像が形成され、転写ベルト８に重ねて転写される。
【００１６】
転写ベルト８表面にフルカラーのトナー像が形成されると、給紙ローラ３３が回転駆動され、記録シート１０が１枚ずつ送り出される。転写ベルト８上のトナー像は、転写ローラ３０に印加された電圧による電界、および転写ローラ３０を転写ベルト８に押し当てる荷重の作用によって、記録シート１０表面に転写される（２次転写）。
トナー像が転写された記録シート１０は、定着装置１１に導かれる。定着装置１１では、記録シート１０に対して加熱および加圧が行われ、トナー像が記録シート１０表面に定着される。トナー像が定着された記録シート１０は、排紙トレイ３２に排出される。
なお、上記の画像形成装置１は一例であり、本発明は、記録媒体上にトナー像を形成し、このトナー像を加熱、加圧することによって記録媒体に定着させる画像形成装置であればいかなる構成の装置にも好適である。
【００１７】
表１は、定着ローラ１０１の樹脂層１１１の炭化ケイ素含有量をパラメータとしてホットオフセットの発生状況を調べた実験結果を示す。この実験では、平均粒径を０．５μｍの炭化ケイ素を用い、炭化ケイ素の含有量を５段階に変化させて樹脂層１１１を湿式塗布にて形成した。また、比較のために、平均粒径１．５μｍ、３．５μｍの炭化ケイ素を含有量１２重量％、粉体塗布（乾式塗布）にて樹脂層１１１を形成した。以上７ケースについて、Ａ４サイズの普通紙に図２に示す画像を１０万枚連続両面複写した後、Ａ３普通紙に画像濃度５０％の全面ハーフトーン画像を１０枚連続複写し、このときのホットオフセット発生状況を調べた。なお、使用した炭化ケイ素の平均粒径は、レーザー回折散乱方式の粒度分布測定装置（商品名：マイクロトラックＭＴ３３００、日機装株式会社製）を使用して体積平均粒径を算出することによって求めた。
その結果、同表に示すとおり、平均粒径０．５μｍ、含有量８乃至１３重量％、湿式塗布のケースが最もホットオフセットの発生が少ない、すなわち離型性およびその維持性が最も良いことが判明した。また、実験後の樹脂層１１１の磨耗量は１０μｍ以下であり、問題はなかった。
【表１】
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【００１８】
次に、本発明に係る定着ローラ１０１の作用・効果について、従来品との比較を交えて説明する。
まず、従来の定着装置においては、定着ローラへの静電的なトナーオフセットを防止するために、定着ローラの表面抵抗を下げて接地することによって加圧ローラの表面電位を下げるという対策が行われていた。この構成において中性紙を使用し、複写される画像に定着ローラ軸方向に全く画像のない部分が存在する場合を考える。この場合、用紙の裏面は、前工程である２次転写において、トナーの帯電極性とは逆極性の転写電圧が印加されることによって正に帯電している。中性紙には多量の炭酸カルシウムが含まれているので、この炭酸カルシウムも正に帯電する。すると、用紙裏面の炭酸カルシウムは、接地されている加圧ローラ表面と静電誘導を起こし、両者の間に引力が発生する。用紙裏面の炭酸カルシウムの一部はこの引力によって加圧ローラ表面に付着する。当該用紙が接触領域から排出され、次の用紙が接触領域に進入してくるまでの間、定着ローラと加圧ローラとは直接接触するが、このとき、加圧ローラ表面に付着していた炭酸カルシウムが定着ローラ表面に転移する。次の用紙が接触領域に進入してくると、用紙上にトナー像が存在する部分では定着ローラ上の炭酸カルシウムが溶融したトナーに転移する。用紙上にトナー像が存在しない部分では、炭酸カルシウムは定着ローラに付着したままとなる。
【００１９】
また、耐磨耗性と離型性の向上のために定着ローラ表面に炭化ケイ素を分散させることが従来から行われてきた。しかし、耐磨耗性の向上は、定着ローラ表面に付着した炭酸カルシウムの用紙による研磨清掃がされ難くなるという副次的な効果を生む。そのため、炭酸カルシウムは時間の経過とともに定着ローラ上に堆積し、ついには定着ローラ表面を正に帯電させてしまう。また、定着ローラ表面が粗い場合、表面の凹凸に炭酸カルシウムが入り込み、より一層、研磨清掃され難くなる。
このようにして定着ローラの正の帯電量が増えることによって負に帯電しているトナーを定着ローラに引き寄せてしまい、その結果、トナーのオフセットが時間の経過とともに増加してしまう。
【００２０】
これに対して本発明では、ＰＦＡの樹脂層１１１に平均粒径１μｍ以下の炭化ケイ素を分散させた。そのため、樹脂層１１１が磨耗してもその表面は滑らかであるから、炭酸カルシウムが付着した場合でも用紙等によって研磨清掃され易い。また、離型性およびその維持性も保たれる。
【００２１】
また、本発明では炭化ケイ素の含有量を３重量％以上とした。これは以下の理由による。炭化ケイ素の粒径を小さくすると、樹脂層が磨耗した場合に孤立した炭化ケイ素粒子が基材であるＰＦＡから剥がれ落ちやすくなり、その結果、耐磨耗性が低下する。本発明では、炭化ケイ素の含有量を増やしたので、磨耗により炭化ケイ素が剥がれ落ちた場合でも十分な量の炭化ケイ素が樹脂層に残っている。これによって、耐磨耗性の低下を抑えることができる。また、熱伝導性の低下も抑えることができる。ただし、炭化ケイ素の含有量が多過ぎると炭化ケイ素が定着ローラ表面に析出する割合が増え、初期の離型性が低下するので、炭化ケイ素の含有量は２０重量％以下が望ましい。
【００２２】
また、本発明では、湿式塗布（フローコートともいう）によってＰＦＡの樹脂層１１１を形成することとした。従来は粉体塗布（乾式塗布）が主流であったが、この方法では炭化ケイ素をＰＦＡ樹脂に均一的に分散させることが難しいため、定着ローラが磨耗した場合に表面が荒れ易くなり、炭酸カルシウムが体積しやすい。湿式塗布によれば、炭化ケイ素をＰＦＡ樹脂に均一的に分散させることが容易であるため、定着ローラが磨耗した場合でも表面が荒れ難く、炭酸カルシウムが堆積し難い。
以上説明したとおり、本発明によれば、定着ローラの離型性およびその維持性、耐磨耗性、熱伝導性を向上させることができる。
【００２３】
＜変形例＞
以上説明した形態に限らず、本発明は種々の形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形した形態でも実施可能である。
【００２４】
上記の実施形態では熱ローラ定着方式の定着装置に本発明を適用した例を示したが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。例えば、耐熱性薄層ベルトを介してトナー像を加熱しすることによって記録媒体にトナーを定着させる熱ベルト定着方式等の定着装置にも本発明は好適である。この場合、定着部材は、ポリイミド等からなる無端ベルトの表面を炭化ケイ素を分散させたＰＦＡ樹脂で被覆することによって作成される。このベルトを複数のローラによって張架し、複数のローラのうちの１つに対して加圧ローラ（加圧部材）をベルトを介して押し当てることによって接触領域を形成する。熱源によってベルトを熱するとともに、ベルトを循環駆動させ、未定着トナー像を担持した用紙を接触領域に進入させる。接触領域に進入したトナーは溶融、加圧され、用紙に定着される。この構成によっても上記の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２５】
上記の実施形態では電子写真方式の画像形成装置に本発明を適用した例を示したが、静電記録方式  静電印刷方式等の画像形成装置等、記録媒体上に形成されたトナー像を熱によって溶融させ、これを加圧して記録媒体に定着させる画像形成装置であれば、いかなる装置に対しても本発明は好適である。、
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る定着装置１１の構成を示す図である。
【図２】実験に用いた画像を示す図である。
【図３】定着装置１１を備えた画像形成装置１を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１…定着装置、１０３…ヒータ、１０１…定着ローラ、１０２…加圧ローラ、１０１ａ、１０２ａ…軸、１０４…分離爪、１０５…温度調整装置、１０６…サーミスタ、１０７…ガイド、１１０…パイプ、１１１…樹脂層、１２０…芯金、１２１…シリコンゴム層、１２２…樹脂層、１…画像形成装置。
【図１】
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【図２】
2007310238.tif 000005
【図３】
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