(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドナーローラを介して定着部材にオイルを供給するオイル供給部材を備えた定着装置において、ドナーローラ、定着部材それぞれの紙粉の付着性がオイル供給部材の紙粉の付着性より大きく、オイル供給部材が、シリコンオイルを含浸したオイル保持層上にシリコン系接着剤層、多孔質フッ素表層が順次形成された層構成を有し、ドナーローラがシリコンゴムからなり、フッ素表層孔内のシリコンがドナーローラと非接触であって、ドナーローラ及び定着部材がミラブル型シリコンゴムからなるとともに、ドナーローラの表面粗さがＲａ５μｍ以下であることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オイルローラへの紙粉の付着を改善した定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０はオイルローラを有する従来の定着装置を説明する図である。
定着ベルト１はヒータ２により所定温度に加熱され、トナー像が転写された紙５をヒータ６との間に圧接して紙上のトナーを加熱定着している。定着時、紙がベルトに巻きついたり、しわにならないようにオイルローラ３により定着ベルト１にオイルを塗布している。定着に際して、紙粉が定着ベルト１に付着すると、この紙粉がオイルローラ３にも付着してオイルローラの染みだしオイル面が乱されるため、クリーナー４により、オイルローラ表面の紙粉やトナーを取り除いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
オイルローラ表面のトナーや紙粉を取り除くクリーナー４は、ある程度の力でオイルローラに当接しているが、オイルローラは、その表層はごく薄いフッ素樹脂層からなるため、オイルローラ表層のめくりや破れが発生し、耐久性が悪い。同時にクリーナーによりオイルローラの染みだしオイル面が乱され、オイル塗布ムラが発生し、特にクリーナーに紙粉が沢山付いて、不均一に汚れが付着した場合にこのことが顕著になる。さらにクリーナーからオイルローラ側へ紙粉が逆戻りすると、オイルローラ表面に紙粉が付着し、オイル染みだしムラが生じて、オイル塗布ムラが発生するため、ある程度紙粉が付着した時点でクリーナーを交換する必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題解決するためのもので、オイルローラによるオイル塗布ムラを解消し、かつ装置の長寿命化を図ることを目的とする。
本発明は、ドナーローラを介して定着部材にオイルを供給するオイル供給部材を備えた定着装置において、ドナーローラ、定着部材それぞれの紙粉の付着性がオイル供給部材の紙粉の付着性より大きく、オイル供給部材が、シリコンオイルを含浸したオイル保持層上にシリコン系接着剤層、多孔質フッ素表層が順次形成された層構成を有し、ドナーローラがシリコンゴムからなり、フッ素表層孔内のシリコンがドナーローラと非接触であって、ドナーローラ及び定着部材がミラブル型シリコンゴムからなるとともに、ドナーローラの表面粗さがＲａ５μｍ以下であることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
本発明で使用するオイルローラは、図１０に示したものと同様の構成の定着装置、図１０においてクリーナーを省略した構成の定着装置等にも適用可能であり、以下では定着装置の詳細な説明は省略する。
図１０において説明したように、オイルローラに紙粉が付くと、オイルの染みだしが妨げられてオイル塗布ムラが発生する。また、定着ベルトに所定以上の紙粉が付くと剥離性能が低下し、もしくは紙上の画像表面が荒れてしまう。一方、定着ベルトに付着した紙粉は紙上のトナーを定着する際に、トナーに付着して持って行かれるという事実がある。また、デューティの小さい低濃度の画像を連続印字すると定着ベルトに紙粉が付き易く、デューティの大きい高濃度の画像もしくは間欠印字をすると、定着ベルトから紙上のトナーへ紙粉を付着させて移動させ、画像側に回収させることができる。
【０００６】
本発明は以上のような知見に基づいてなされたものであり、定着部材にオイルを供給するオイル供給部材を備えた定着装置において、定着部材の紙粉の付着性がオイル供給部材の紙粉の付着性より大きくしたものである。紙粉の付着性とは、そのものの粘着摩擦力、変形のしやすさ、材質、形状等により決まり、紙粉の付着しやすさを表している（詳細は後述する）。
このような構成とすることにより、紙粉の付着性が定着部材の方が大きくなり、デューティの低い画像（白紙部分の多い画像）の連続印字を行って定着ベルトに紙粉が付着した場合でもオイルローラ表面に移行しない。その結果、オイルローラ表面からのオイルの染みだしが妨げられることもなく、オイル塗布量が安定する。また、オイルローラ表面に不均一に紙粉が付着してオイル染みだしが不均一になることもなく、オイル塗布が均一化できる。さらにオイル塗布ムラやオイルローラ耐久性劣化の原因であるクリーナーを使用しないようにすることも可能であり、クリーナーを使用する場合でも長寿命化を図ることが可能である。なお、クリーナーを使用すると、クリーナーがある程度の力でオイルローラに当接されるため、オイルローラの表層めくれや破れが発生し、耐久性が低下するが、クリーナーを使用しなければ耐久性を向上させることができる
図１は本発明の定着装置に使用するオイルローラの構成の１例を示す断面図、図２は図１のオイルローラの表層付近の拡大図である。
図１において、シャフト１１上に多孔質セラミック１２、２ｍｍ厚のフェルト層１３を形成し、シリコンオイルを含浸させたオイル保持層１４を形成し、さらにシリコン系接着剤層、例えばゲル化シリコン１５を形成し、その表面に３０〜６０μｍ厚の多孔質フッ素表層１６（ＰＴＦＥ延伸）を形成する。
図２に示すように、フェルト層１３上のゲル化シリコン１５は多孔質フッ素表層１６の孔内に入りこんでいるが、定着部材１（図１０の場合では定着ベルト）とは接触していない。定着部材１はシリコンゴムからなり、定着部材表面の紙粉の付着性がオイルローラ表面の紙粉の付着性より大きくしている。
【０００７】
この例においては、多孔質フッ素表層１６の孔にゲル化シリコン等のシリコン系接着剤層が充填され、オイルをじわじわと染み出させることができ、その結果オイル含浸量の多い初期にオイルが過剰に染みだすのを抑えることができ、長期にわたってオイル塗布量を安定化する。したがって、本発明のオイル塗布量の安定化の効果をより活かすことができる。
また、表層孔内のゲル化シリコンが定着部材と非接触で、定着部材との接触がフッ素樹脂表層によって行われるので、紙粉の付着性の関係が定着部材側が大きい条件が満たされ、オイルローラ表層に紙粉が付着することはない。
また、定着部材にシリコンゴムを用いることにより、ゴム層にシリコンオイルがある程度含まれるので、オイルローラ以外に定着部材からもオイルが供給されてオイルが枯渇することがなく、連続印字枚数が増えるという効果も得られる。
【０００８】
図３は本発明の定着装置に使用するオイルローラの他の例を示す断面図で、図４は図３のオイルローラ表層付近の拡大図である。
この例においては、オイルローラはシャフト２１上に孔内をシリコンコートしたウレタンフォーム２２、２ｍｍ厚のフェルト層２３からなるシリコンオイル含浸のオイル保持層２４、ＰＴＦＥ延伸フィルム３０〜６０μｍ厚みを有し、ゲル化シリコンを含浸させた多孔質フッ素表層２５の層構成からなっている。
図４に示すように、オイル保持層を構成するフェルト層２３上の多孔質フッ素表層２５は、フィルム状のものを２〜３回巻きしたものであり、その孔にはゲル化シリコン２６が含浸している。このゲル化シリコンはシリコンパウダーとシリコンオイルをフィルム孔内に含浸させて余分な物は拭き取った後、加熱ゲル化させたものである。定着部材１としては液状固化型シリコンゴムを使用する。
【０００９】
多孔質フッ素表層孔内にゲル化シリコンを充填させることにより、オイルをじわじわと染みださせることができ、その結果オイル含浸量の多い初期にオイルが過剰に染みだすのを抑えることが可能となり、長期にわたってオイル塗布量を安定化させることができる。したがって、本発明のオイル塗布量の安定化の効果をより活かすことができる。
また、表層孔内のゲル化シリコンが定着部材と接触しているが、定着部材の材質を液状固化型シリコンゴムとすることにより、紙粉の付着性をオイルローラ表層（ゲル化シリコン＋フッ素樹脂）より大きくすることができ、その結果オイルローラ表層に紙粉が堆積することはない。
また、定着部材に液状固化型シリコンゴムを用いることにより、ゴム層にシリコンオイルがある程度含まれ、従ってオイルローラ以外に他部材からもオイルが供給でき、オイルが枯渇することがなく、連続印字枚数を増やすことができる。液状固化型シリコンゴムはペースト状あるいは流動性の液状のシリコンゴムを押し出したり、あるいは注入し、品種に応じて大気中の湿気に曝したり、または若干加熱することにより、容易にゴム弾性体とすることができるものである。
【００１０】
上記の例においては、オイルローラと定着部材とを直接接触させて、オイル塗布を行う定着装置の例について述べたが、次にドナーローラを介してオイル塗布を行う例を図５に基づいて説明する。
基本的動作はオイルローラ３から直接定着ベルトにオイル塗布を行う装置と同じであるが、図５に示す例ではドナーローラを介在させて定着ベルトにオイル塗布を行う点が異なっており、ドナーローラと定着部材は紙粉の付着性が同等で、オイルローラの紙粉の付着性より大きくしている。
オイルローラと定着部材との間にドナーローラ７を設けることにより、ドナーローラにも紙粉を溜めておくことができ、定着部材単体だけで紙粉を溜めておく場合に比して、低デューティ連続印字可能な枚数を増やすことができる。また、定着装置のウォームミングアップの際にオイルローラの温度上昇を緩やかにすることができるため、シリコンオイルやそれに含まれる水分の急激な熱膨張によるオイルローラ内圧上昇を防止でき、オイル過剰塗布を抑えることができる。そのため、オイル塗布量がより安定化できる。
【００１１】
図５の例において、図１，図２に示した構成のオイルローラを用い、多孔質フッ素表層の孔にゲル化シリコンを充填させると、オイルをじわじわと染みださせることができ、その結果オイル含浸量の多い初期にオイルが過剰に染みだすのを抑えることができ、長期にわたってオイルの塗布量を安定化させることが可能である。したがって、本発明のオイル塗布量の安定化の効果をより活かすことができる。
【００１２】
また、多孔質フッ素表層の孔内のゲル化シリコンがドナーローラ表面と非接触であり、かつドナーローラ材質がシリコンゴムであれば、紙粉の付着性がフッ素樹脂表層よりも大きいので、オイルローラ表層に紙粉が堆積することはない。
また、ドナーローラおよび定着部材の両方をシリコンゴムとすることにより、紙粉の付着性をほぼ同じにでき、高デューティの印字を行った時、あるいは間欠印字を行った時（間欠印字のときは、紙間で定着部材にオイルが供給され、紙粉の付着性が紙よりも低下するため、紙により紙粉が回収されるようになる）に、ドナーローラ→定着部材→紙上トナーの流れで紙粉を移動させ、画像に回収させることができる。
さらに、定着部材やドナーローラにシリコンゴムを用いることにより、ゴム層にシリコンオイルがある程度含まれる。したがって、オイルローラ以外に定着部材やドナーローラからもオイルが供給でき、オイルが枯渇せずに行われ、連続印字枚数を増やすことができる。
【００１３】
また、ドナーローラ及び定着部材を同じミラブル型シリコンゴムとしたときは、ドナーロールの表面粗さをＲａが５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下とすれば一層紙粉の付着性を良くすることができる。シリコンゴムは原料ポリマーの重合度によって、ミラブル型定着ゴムと液状シリコンゴムに大別でき、ミラブル型シリコンコムは直鎖状で高重合度（５０００〜１００００シロキサン単位）のポリオルガノシロキサン（生ゴム）を主原料とし、それにシリカ系の補強性の充填剤、色々の特性を付与するための各種添加剤を配合して、ベースコンパウンド（Ｕ−コンパウンド）を調整し、ついで、加硫剤を添加して加熱硬化するタイプのゴムで、このタイプのシリコンゴムは一般に有機ゴムと同様に取り扱うことができ、可塑化、加硫剤配合、シーティングなど、ロール作業の工程を経て成形加工されるため、ミラブル型と呼ばれている。ミラブル型シリコンゴムはゴムを成形した後、研磨して精度を出しており、その表層は研磨痕で荒れている。この荒れた表層の凹みに多くの紙粉が蓄積するため、オイル塗布ムラが発生する。そこで、表面粗さをＲａ５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下とすることにより、紙粉付着を均一にして、オイル塗布均一性を確保することができる。
【００１４】
また、図５において、図３、図４に示した構成のオイルローラを用いる場合は、ドナーローラ、定着部材は液状固化型シリコンゴムとする。
多孔質フッ素表層の孔内にゲル化シリコンを充填させると、オイルをじわじわと染みださせることができ、その結果、オイル含浸量の多い初期にオイルが過剰に染みだすのを抑え、長期に渡ってオイル塗布量を安定化することがてきる。したがって、本発明のオイル塗布量の安定化の効果をより活かすことができる。
また、ゲル化シリコンがドナーローラ表面と接触するが、ドナーローラの材質を液状固化型シリコンゴムとすることにより、紙粉の付着性をオイルローラ表層（ゲル化シリコン＋フッ素樹脂）よりも大きくすることができるので、オイルローラ表層に紙粉が堆積することはない。
また、ドナーローラ及び定着部材を液状固化型シリコンゴムとすることにより、紙粉の付着性をほぼ同じにすることができ、高いデューティの印字を行った時、あるいは間欠印字行った時（間欠印字のときは、紙間で定着部材にオイルが供給され、紙粉の付着性が紙よりも低下するため、紙により紙粉が回収されるようになる）に、ドナーローラ→定着部材→紙上トナーの流れで紙粉を移動させ、画像に回収させることができる。
さらにドナーローラおよび定着部材に液状固化型シリコンゴムを用いることにより、ゴム層にシリコンオイルがある程度含まれ、そのためオイルローラ以外に定着部材からもオイルが供給でき、オイルが枯渇せずに行える連続印字枚数を増やすことができる。
【００１５】
次に、紙粉の付着性について説明する。
剛体同士の場合の摩擦力Ｆは、摩擦係数をμ、垂直荷重をＷとしたとき、
Ｆ＝μ・Ｗ                                                ……（１）
が成立する。ゴムと剛体（紙）の場合は、Ｆｒを摩擦力、Ｆａｄｈを粘着摩擦力、Ｆｈｙｓをエネルギー損失摩擦力としたとき、
Ｆｒ＝Ｆａｄｈ＋Ｆｈｙｓ                                  ……（２）
の関係が成立する。ゴムの変形量、速度がかなり大きくない限り、Ｆｈｙｓは無視できる。また、Ｆａｄｈは接触面積に比例し、ゴムと剛体の真実接触面積Ａに比例して大きくなる。従って、
Ｆａｄｈ＝Ｋ１・Ａ                                        ……（３）
が成立する。ここで、Ｋ１は真実の単位接触面積当たりの粘着摩擦力に相当し、接触物の材質に依存する。即ち、Ｋ１はゴムと剛体の分子レベルの結合の剪断破壊力を示し、剛体が紙であるならば、紙粉の付着性の指標となる。
【００１６】
ゴムは弾性体であるため、垂直荷重Ｗにより、真実接触面積が非線型の変化を示し、
Ａ＝Ｋ２Ｗn （ｎ＝１〜２／３）                            ……（４）
で表される。Ｋ２は変形のし易さを示す定数で、ｎは材質、形状により決まる定数である。従って、（２）、（３）、（４）式より
Ｆ＝Ｋ１・Ｋ２Ｗn                                         ……（５）
が成立する。ここで，Ｋ１は紙粉の付着性の指標となるが、実際の紙粉の付着性はＦｒで示される。Ｆｒは上記したように、真実の接触面積Ａに依存する。そして、接触面積Ａは（４）式より垂直荷重Ｗ、接触物の形状、接触物の変形のし易さに関係する。
【００１７】
従って、紙粉の付着性は実際の定着装置のローラ形状、ローラ材質、ニップ幅、荷重で測定する必要があるので、図６に示すような実際の定着装置を使って測定する。
図６に示す定着装置は、クリーナー４、ドナーローラ７も使用した場合のもので、ドナーローラ７の紙粉の付着性（粘着静止摩擦力）を測定する場合を示している。ドナーローラを回転しないように固定しておき、紙５をドナーローラと定着ベルト１との間に挟み、定着ベルト１、ヒータ６は十分に小さい力でも回転する状態にしておき、矢印８で示す方向に紙を引っ張り、この紙が動き出す直前の最大の力（紙とゴムの分子結合力を切る力）が粘着静止摩擦力で、ドナーローラの紙粉の付着性を示す指標となる。オイルローラの紙粉の付着性については、ドナーローラを省略して同様に測定することができる。また、定着ベルトの付着性については、定着ベルト側を固定し、ドナーローラ側をフリーとして同様に測定することが可能である。
【００１８】
表１は定着ベルトとドナーローラをシリコンゴム、オイルローラを図３の構成のものとし、紙をゼロックス４０２４レターサイズで使用したときの測定結果を示している。
【００１９】
【表１】
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表１において、軸受けの摩擦力がドナーローラ回転、定着ベルト固定とした時、２．１ｋｇ、ドナーローラ固定、定着ベルト回転とした時、２．１ｋｇ、オイルローラ固定、ドナーローラ回転とした時、２．８ｋｇあるため、定着ベルト、ドナーローラ、オイルローラについての測定値の平均５．２１ｋｇ、５．３６ｋｇ、３．６９ｋｇには軸受けの摩擦力が加わっているので、これを差し引くと、紙粉付着性の指標として、定着ベルト３．１１ｋｇ、ドナーローラ３．２６ｋｇ、オイルローラ０．８９ｋｇが得られた。この結果から定着ベルトとドナーローラはほぼ同等の紙粉付着性があり、オイルローラに比して十分大きな値を有しており、オイルローラ表面に紙粉を付着させないようにできることが実証された。
【００２０】
次に、オイルローラの紙粉汚れのオイル塗布量への影響について説明する。図７はオイル消費量に対するオイル塗布量の変化を示す測定データである。オイルの消費量とは新品のオイルローラ重量からある通紙途中のある時点でのオイルローラの重量を差し引いたもので、オイルローラから消費されたオイルの総量を表している。オイル塗布量は、オイルローラ重量がＡ（ｇ）の状態で１０００枚ゼロックス４０２４レターサイズの白紙を通紙した時のオイルローラ重量がＢ（ｇ）である時、
オイル塗布量＝１０００×（Ａ−Ｂ）／１０００（枚）（ｍｇ／枚）
で表したものである。つまり、オイルローラから所定量のオイルが消費された時点において、白紙を１枚通過させたとき定着部材側に塗布されるオイル量を示しており、図の黒印で示した○、□、△はそれぞれオイルローラを１０００枚通紙毎に拭いて清浄にしたケース、白印で示した○、□、△はオイルローラを拭かないケースであり、当然１０００枚毎に拭いた場合の方がオイル塗布量は多くなっている。また、オイルローラを拭いても、拭かなくてもオイル消費量が多くなるにつれて、塗布量は低下している。
【００２１】
図８は定着ベルトのシリコンゴムを粘着性の高い（紙粉の付着性の良い）材質に変更した時のオイル塗布量の曲線を示している。図８の領域Ａは、図７のオイルローラを１０００枚毎に拭いた場合のオイル塗布量変化領域を示しており、これと一致していることが分かる。このことから、定着ベルトを紙粉の付着性の良いものに変更すると、図７において１０００枚通紙毎にオイルローラを清掃して綺麗にした場合とほぼ一致し、オイルローラが汚れていない、つまり紙粉が付着しないことが分かる。
【００２２】
図９は、図７，図８に基づいて、オイルローラのロット間バラツキを除去し、初期オイル塗布量を揃えた場合を想定した時のオイル塗布対策なし（特性Ａ）、オイルローラ１０００枚通紙毎に表面を清掃したケース（特性Ｂ）、定着ベルトの紙粉付着性を向上させた場合のオイル塗布量（特性Ｃ）を横軸にオイル消費量（ｇ）、縦軸にオイル塗布量（ｍｇ）／枚を示したものである。
【００２３】
図９から分かるように、定着ベルトの紙粉付着性をアップさせた特性Ｃにおいては、１０００枚通紙毎にオイル表面を塗布した場合よりもさらにオイル塗布量が増加していることがわかり、オイルローラ表面に紙粉が付着しないことが分かる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、定着部材やドナーローラの紙粉の付着性をオイルローラ表面に比して大きくすることにより、オイルローラ表面に紙粉が付着し、堆積することがなく、その結果オイル塗布量を大きく、かつ安定化させ、均一化することが可能であり、クリーナーを省略してもオイルローラに汚れが付着することを防止することができ、装置の長寿命化を図ることが可能である。また、オイルローラの多孔質フッ素表層にシリコン系接着剤層を充填させるようにしたので、オイル含浸量の多い初期にオイルが過剰に染みだすのを抑えることができ、長期にわたってオイル塗布量を安定化させることが可能であり、また定着部材にシリコンゴムを用いることにより、オイルを枯渇させずに連続印字枚数を増やすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の定着装置に使用するオイルローラの構成の１例を示す断面図である。
【図２】  図１のオイルローラの表層付近の拡大図である。
【図３】  本発明の定着装置に使用するオイルローラの他の例を示す断面図である。
【図４】  図３のオイルローラ表層付近の拡大図である。
【図５】  ドナーローラを介してオイル塗布を行う例を示す図である。
【図６】  ドナーローラの紙粉の付着性を測定する方法を説明する図である。
【図７】  オイル消費量に対するオイル塗布量の変化を示す図である。
【図８】  定着ベルトのシリコンゴムを粘着性の高い材質に変更した時のオイル塗布量の変化を示す図である。
【図９】  図７，図８において初期オイル塗布量を揃えた場合を想定した時のオイル塗布量の変化を示す図である。
【図１０】  オイルローラを有する従来の定着装置を説明する図である。
【符号の説明】
１…定着ベルト、３…オイルローラ、４…クリーナー、５…紙、６…ヒータ、７…ドナーローラ、１１…シャフト、１２…多孔質セラミック、１３…フェルト層、１４…オイル保持層、１５…シリコン系接着剤層、１６…多孔質フッ素表層、２１…シャフト、２２…ウレタンフォーム、２３…フェルト層、２４…オイル保持層、２５…多孔質フッ素表層。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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