(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を有する定着ローラと、該定着ローラに圧接される加圧ローラと、前記定着ローラの軸方向かつ定着ニップ部の記録媒体搬送方向下流側に、定着ローラに近接して配設される剥離部材とを備え、前記剥離部材には、基材の表面にフッ素系樹脂共析メッキ層が形成され、前記共析メッキ層の先端部の表面粗さを後端部のそれよりも小さくすることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
フッ素系樹脂の含有率を２０〜５０容積％にすることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記共析メッキ層の表面粗さを定着ローラのそれよりも小さくすることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記加圧ローラの表面粗さを定着ローラのそれよりも大きくすることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着ローラと加圧ローラが略水平状態に配設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法を用いる複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に係わり、特に、定着ニップ部から排出される記録媒体を剥離する剥離部材を備える定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真法を用いる画像形成装置においては、用紙上に転写されたトナー像を定着させる定着装置として、定着ローラと加圧ローラからなる一対のローラのニップ部に、トナー像が転写された用紙を通過させて、定着ローラによる加熱と二つのローラによる加圧とによりトナー像を用紙に融着させる定着装置が広く用いられている。
【０００３】
一般に、この定着装置においては、用紙に融着したトナー像が定着ローラに接触するので定着ローラとしては離型性のよいフッ素系樹脂を表面に形成したローラが使用されている。しかし、このような定着ローラを使用しても、溶融したトナーは軟らかくかつ粘性が高いため定着ローラ表面に付着し易く用紙が定着ローラに巻き付いてしまう恐れがある。
【０００４】
そこで、従来、特開平１１−１８４３００号公報により、定着ローラの回転方向下流側に定着ローラに接触するシート状の剥離部材を設ける提案がなされている。この剥離部材は、樹脂シートまたは金属シートを基材とし、該基材表面および定着ローラに接触する端縁にフッ素系樹脂層を塗装或いは貼付けにより形成したものを用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の定着装置においては、剥離部材を定着ローラに接触させているために、定着ローラを傷つけてしまうという問題を有している。また、従来の剥離部材は、フッ素系樹脂層を塗装或いは貼付けにより形成している構造のため、経年使用により用紙が接触する剥離部材先端部の樹脂層が剥がれてしまい、トナーが固着したり、画像すじが発生してしまうという問題を有している。
【０００６】
また、従来の定着ローラと加圧ローラの配置は、定着ローラと加圧ローラが上下に且つ縦方向に配置されるのが一般的であり、両者のニップ部から排出される記録媒体は重力により定着ローラから離れる方向に力が作用するため、記録媒体が剥離部材によって剥離される度合いは少ない。しかしながら、定着ローラと加圧ローラを略水平状態に配置する場合には、記録媒体は定着ローラ側に巻きつき易くなり、記録媒体は必ず剥離部材に当接されることになり、その使用頻度が増大するため、剥離部材の耐久性をいかにして向上させるかが課題となる。
【０００７】
特に、フルカラー画像の定着においては、白黒画像の定着時よりも多量のトナーが重ねて転写されたトナー像を定着しなければならず、剥離時に大きな剥離力が必要であり、剥離部材の耐久性が課題となっている。また、光沢のあるカラー画像の場合には、定着後のトナー画像表面の平滑性をだすことが要求され、そのためにはトナーを十分に加熱溶融して低粘度化させた後に、画像表面を平らにならすことが必要であり、ますます大きな剥離力を必要とするとともに、剥離部材に画像表面を平らにならす機能を保持させることが課題となっている。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題および課題を解決するものであって、剥離部材の耐久性を増大させるとともに、定着画像の画質を向上させることができる定着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の定着装置は、熱源を有する定着ローラと、該定着ローラに圧接される加圧ローラと、前記定着ローラの軸方向かつ定着ニップ部の記録媒体搬送方向下流側に、定着ローラに近接して配設される剥離部材とを備え、前記剥離部材には、基材の表面にフッ素系樹脂共析メッキ層が形成され、前記共析メッキ層の先端部の表面粗さを後端部のそれよりも小さくすることを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１において、フッ素系樹脂の含有率を２０〜５０容積％にすることを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項１において、前記共析メッキ層の表面粗さを定着ローラのそれよりも小さくすることを特徴とし、請求項４記載の発明は、請求項３において、前記加圧ローラの表面粗さを定着ローラのそれよりも大きくすることを特徴とし、請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記定着ローラと加圧ローラが略水平状態に配設されていることを特徴とする。
以上
【００１０】
【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。図１は、本発明に係わる定着装置の１実施形態を示し、画像形成装置の全体構成図である。
【００１１】
画像形成装置１の装置本体２内には、感光体ドラムからなる像担持体３が配設され、図示しない駆動手段によって図示矢印方向に回転駆動される。この像担持体３の周囲には、その回転方向に沿って、像担持体３を一様に帯電するための帯電装置４、像担持体３上に静電潜像を形成するための露光装置５、静電潜像を現像するためのロータリー現像装置６、像担持体３上に形成された単色のトナー像を一次転写するための中間転写装置７が配設されている。
【００１２】
ロータリー現像装置６は、イエロー用現像装置６Ｙ、マゼンタ用現像装置６Ｍ、シアン用現像装置６Ｃおよびブラック用現像装置６Ｋが支持フレーム８に装着され、支持フレーム８は図示しない駆動モータにより回転駆動される構成になっている。これらの複数の現像装置６Ｙ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｋは、像担持体３の１回転毎に選択的に一つの現像装置の現像ローラ６ａが像担持体３に対向するように回転移動するようにされている。なお、各現像装置６Ｙ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｋには各色のトナーが収納されたトナー収納部が形成されている。
【００１３】
中間転写装置７は、駆動ローラ９および従動ローラ１０と、両ローラにより図示矢印方向に駆動される中間転写ベルト１１と、ベルト１１の裏面で像担持体３に対向して配設された一次転写ローラ１２と、ベルト１１上の残留トナーを除去する転写ベルトクリーナ１３と、駆動ローラ９に対向して配設され、中間転写ベルト１１に形成された４色フルカラー像を記録媒体（紙等）上に転写するための二次転写ローラ１４とからなっている。
【００１４】
装置本体２の底部には給紙カセット１５が配設され、給紙カセット１５内の記録媒体は、ピックアップローラ１６、記録媒体搬送路１７、二次転写ローラ１４、定着装置１９を経て排紙トレイ２０に搬送されるように構成されている。なお、２３は両面印刷用搬送路である。
【００１５】
上記構成からなる画像形成装置の作用について説明する。図示しないコンピュータからの画像形成信号が入力されると、像担持体３、現像装置６の現像ローラ６ａおよび中間転写ベルト１１が回転駆動し、先ず、像担持体３の外周面が帯電装置４によって一様に帯電され、一様に帯電された像担持体３の外周面に、露光装置５によって第１色目（例えばイエロー）の画像情報に応じた選択的な露光がなされ、イエローの静電潜像が形成される。
【００１６】
像担持体３上に形成された潜像位置には、イエロー用現像装置６Ｙが回動してその現像ローラ６ａが当接し、これによってイエローの静電潜像のトナー像が像担持体体３上に形成され、次に、像担持体３上に形成されたトナー像は一次転写ローラ１２により中間転写ベルト１１上に転写される。このとき、二次転写ローラ１４は中間転写ベルト１１から離間されている。
【００１７】
上記の処理が画像形成信号の第２色目、第３色目、第４色目に対応して、像担持体３と中間転写ベルト１１の１回転による潜像形成、現像、転写が繰り返され、画像形成信号の内容に応じた４色のトナー像が中間転写ベルト１１上において重ねられて転写される。そして、このフルカラー画像が二次転写ローラ１４に達するタイミングで、記録媒体が搬送路１７から二次転写ローラ１４に供給され、このとき、二次転写ローラ１４が中間転写ベルト１１に押圧されるとともに二次転写電圧が印加され、中間転写ベルト１１上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写される。そして、この記録媒体上に転写されたトナー像は定着装置１９により加熱加圧され定着される。中間転写ベルト１１上に残留しているトナーは転写ベルトクリーナ１３によって除去される。
【００１８】
なお、両面プリントの場合には、定着装置１９を出た記録媒体は、その後端が先端となるようにスイッチバックされ、両面印刷用搬送路２３を経て、二次転写ローラ１４に供給され、中間転写ベルト１１上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写され、再び定着装置１９により加熱加圧され定着される。
【００１９】
図１において、本発明に係わる定着装置１９は、熱源を有する定着ローラからなる加熱定着部材２１とこれに圧接される加圧ローラからなる加圧部材２２とから構成され、定着ローラ２１と加圧ローラ２２の軸を結び線は水平線からθの角度を有するように配置されている。なお、０°≦θ≦３０°である。
【００２０】
図２〜図６は、図１の定着装置１９の詳細を示し、図２は定着装置の一部破断面を示す斜視図、図３は図２の要部断面図、図４は図２の剥離部材の斜視図、図５は剥離部材の取付状態を示す側面図、図６は図２の上部から見た平面図である。なお、各図面間で同一の構成については同一番号を付して説明を省略する場合がある。
【００２１】
図２および図６において、ハウジング２４内には定着ローラ２１が回動自在に装着され、定着ローラ２１の一端には駆動ギヤ２８が連結されている。そして、定着ローラ２１に対向して加圧ローラ２２が回動自在に装着されている。加圧ローラ２２の軸方向長さは定着ローラ２１のそれよりも短く、その空いたスペースに軸受２５が設けられ、加圧ローラ２２の両端は軸受２５により支持されている。軸受２５には加圧レバー２６が回動可能に設けられ、加圧レバー２６の一端とハウジング２４間には加圧スプリング２７が配設され、これにより加圧ローラ２２と定着ローラ２１が加圧されるように構成されている。
【００２２】
図３において、定着ローラ２１は、内部にハロゲンランプ等の熱源２１ａを有する金属製の筒体２１ｂと、筒体２１ｂの外周に設けられたシリコンゴム等からなる弾性層２１ｃと、弾性層２１ｃの表面に被覆されたフッ素ゴム、フッ素樹脂（例えばパーテトラフロロエチレン（PTFE））よりなる表層（図示せず）と、筒体２１ｂに固定された回転軸２１ｄとから構成されている。
【００２３】
加圧ローラ２２は、金属製の筒体２２ｂと、筒体２２ｂに固定された回転軸２２ｄと、回転軸２２ｄを軸支持する軸受２５と、定着ローラ２１と同様に、筒体２２ｂの外周に設けられた弾性層２２ｃと、弾性層２２ｃの表面に被覆されたフッ素ゴム、フッ素樹脂よりなる表層（図示せず）とから構成されている。定着ローラ２１の弾性層２１ｃの厚みは、加圧ローラ２２の弾性層２２ｃの厚みより極端に小さくし、これにより加圧ローラ２２側が凹状にへこむようなニップ部Ｎが形成されている。
【００２４】
図２および図３に示すように、ハウジング２４の両側面には、支持軸２９、３０が設けられており、この支持軸２９、３０にそれぞれ定着ローラ２１側の剥離部材３１と加圧ローラ２２側の剥離部材３２が回動自在に装着されている。これにより、定着ローラ２１と加圧ローラ２２の軸方向でニップ部の記録媒体搬送方向下流側に剥離部材３１、３２が配設されることになる。
【００２５】
定着ローラ２１側の剥離部材３１は、図４および図５に示すように、剥離部３１ａと、剥離部３１ａの後方で定着ローラ２１側に直角に成型された折曲部３１ｂと、剥離部３１ａの両側端で下方向に成型された支持片３１ｃと、支持片３１ｃに形成された嵌合穴３１ｄと、剥離部３１ａの両側端前方に延設されたガイド部３１ｅとから構成されている。
【００２６】
剥離部３１ａは、ニップ部Ｎの出口に向けて傾斜するように配置され、剥離部３１ａの先端は定着ローラ２１に非接触で且つ近接されている。支持片３１ｃの嵌合穴３１ｄには、図３で説明した支持軸２９が嵌合されている。ガイド部３１ｅは、スプリング３３によりハウジング２４に付勢され、これによりガイド部３１ｅの先端は定着ローラ２１に当接されており、その結果、剥離部３１ａの先端と定着ローラ２１表面との間のギャップが常時一定になるようにされている。
【００２７】
加圧ローラ２２側の剥離部材３２は、定着ローラ２１側の剥離部材と同様の形状であるが、図２および図３に示すように、剥離部３２ａの先端は剥離部３１ａの先端よりも記録媒体搬送方向下流側に配置されている。また、ガイド部３２ｅの先端は加圧ローラ２２の軸受２５の周面にＰ点で当接されており、これにより剥離部３２ａの先端と加圧ローラ２２表面との間のギャップが常時一定になるようにされている。
【００２８】
次に、本発明の特徴について説明する。従来の定着ローラ２１と加圧ローラ２２の配置は、定着ローラ２１と加圧ローラ２２が上下に且つ縦方向に配置されるのが一般的であり、両者のニップ部から排出される記録媒体は重力により定着ローラ２１から離れる方向に力が作用するため、記録媒体が剥離部材によって剥離される度合いは少ない。しかし、図１に示すように、定着ローラ２１と加圧ローラ２２を略水平状態に配置すると、記録媒体は定着ローラ２１側に巻きつき易くなり、ニップ部Ｎから排出される記録媒体は必ず剥離部材３１に当接されることになり、その使用頻度が従来方式と比較して極めて高いという特徴を有している。そのため、剥離部材の耐久性をいかにして向上させるかが課題となっている。
【００２９】
そこで、本発明においては、剥離部材３１、３２の剥離部３１ａ、３２ａの表裏にフッ素系樹脂共析メッキを施す。その方法は、電解ニッケルメッキ液中に含フッ素系樹脂微粒子を分散させた電解共析メッキ（上村工業製、商品名「メタフロン」等）、或いは、無電解ニッケルメッキ液中に含フッ素系樹脂微粒子を分散させた無電解共析メッキ（上村工業製、商品名「ニムフロン」等）を用いた共析メッキを施すことによって共析メッキ層を形成する。
【００３０】
フッ素系樹脂共析メッキに用いる含フッ素系樹脂微粒子としては、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、エチレン−四フッ化エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）、エチレン−三フッ化塩化エチレン共重合樹脂（ＥＣＴＦＥ）、三フッ化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＥＰＥ）、フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶｄＦ）等の熱可塑性フッ素樹脂、含熱可塑性エラストマー及びその他の含フッ素共重合樹脂、及び、（ＣＦ）Ｎや（Ｃ２Ｆ）Ｆ等のフッ化カーボンを使用することができる。特に、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）と四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）が好ましい。
【００３１】
また、共析メッキに用いる金属化合物としては、ニッケル以外にも、銅、銀、亜鉛、スズ等の金属を採用することができるが、好ましくはニッケルや、ニッケル−リン合金、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−ホウ素合金等のニッケル合金が表面硬度、耐摩耗性に優れていることから好ましい。
【００３２】
フッ素系樹脂共析メッキによって剥離部材に表層を形成する場合、フッ素系樹脂の含有率を２０〜５０容積％にすることが好ましい。フッ素系樹脂の含有率を２０容積％未満にすると、十分なトナー、紙粉の非粘着性が得られないことがあり、また含有率が５０容積％を越えると、非粘着性が高くなるが、表層の耐摩耗性の低下や、基材との密着性が悪化することがある。
【００３３】
共析メッキを施す剥離部材の基材としては、ステンレス、ニッケル、アルミ、鉄等の金属やポリエステル、ポリイミド等の樹脂が用いられるが、特に、金属の機材を用いた場合、プレス加工等の形状加工を施すときに切断面で生じる引っ張りや金属摩擦により、端部のバリや表面に微少な擦傷が無数に発生してしまう。そのために、共析メッキ処理前に、電解研磨、エッチング等の精密仕上げ加工を施すことが好ましい。
（実施例１）
ステンレス基材にエッチングを施した後、電解メッキ液としてニッケル−ＰＴＦＥ複合メッキ液（ヒキフネ製、商品名「ＨｉフロンＭ」）を用い、電解メッキ法により膜厚１０μｍ、ＰＴＦＥ共析量約３０％の被覆膜を形成する表面処理を行い、さらにメッキ処理後に熱処理を行い表面硬度を高めた。
（実施例２）
ステンレス基材にエッチングを施した後、電解メッキ液としてニッケル−リン−ＰＴＦＥ複合メッキ液（上村工業製、商品名「ニムフロン」）を用い、電解メッキ法により膜厚１０μｍ、ＰＴＦＥ共析量約２３％の被覆膜を形成する表面処理を行い、さらにメッキ処理後に熱処理を行い表面硬度を高めた。
（比較例１）
ステンレス基材にエッチングを施した後、ＰＴＦＥ樹脂からなる塗料（ダイキン工業製、商品名「ポリフロン」）をエアスプレーにて膜厚が約１０μｍになるように塗装し、９０℃で赤外線乾燥した後、３８０℃で焼成した。
（比較例２）
ステンレス基材にエッチングを施した後、ＰＴＦＥ樹脂からなる粘着テープ（日東工業製、商品名「ニトフロン」：樹脂層厚２０μｍ）を表面に貼り付けて表層を形成した。
【００３４】
上記実施例および比較例を剥離部材３１に適用して評価試験を行った。その結果を図７に示す。実施例１および実施例２の耐久性が確認された。
【００３５】
定着装置の条件は、
定着ローラ
直径３０ｍｍ、弾性層：厚み１ｍｍのシリコンゴム（硬度ＪＩＳＡ５°）、
表層：厚み４０μｍのＰＦＡ
加圧ローラ
直径３５ｍｍ、弾性層：厚み６ｍｍのシリコンゴム（硬度ＪＩＳＡ１０°）、
表層：厚み４０μｍのＰＦＡ
定着ニップ出口と剥離部３１ａ先端の距離：６．５ｍｍ、定着ニップ幅：８ｍｍ、定着温度：１７５℃、紙搬送速度：２１５ｍｍ／ｓ、ローラ圧接加重３１ｋｇｆである。
評価項目
▲１▼画像すじ（初期および耐久印字（８万枚印字）後）：全面ベタ画像を印字し、剥離部３１ａでの擦り跡である「すじ」を目視評価
○：すじの発生なし
×：画像面にすじ発生
▲２▼表層摩耗（耐久印字後）：耐久印字後の剥離部表面を顕微鏡観察
○：表層摩耗による基材の露出なし
△：剥離部のエッジ部での表層削れによる若干の基材の露出あり
×：明らかな基材の露出あり
▲３▼トナー固着（耐久印字後）：耐久印字後のトナーの固着状態を目視評価
○：トナーの固着なし
△：エッジ部に若干のトナーの固着あり
×：画像面に擦った跡が生じるようなトナーの固着あり
なお、剥離部の表面粗さは、ミツトヨ社製、サーフテストＳＪ−３０１で測定した。
【００３６】
次に、定着ローラ２１、加圧ローラ２２および剥離部材３１の表面粗さと光沢度の関係について実験を行った。光沢度（グロス）は、村上色彩研究所製、グロスメーターＧＭ−２６Ｄにより測定した。その結果を図８に示す。なお、第１面、第２面は片面プリント、両面プリントの場合である。
（実施例３）表層の表面粗さが、定着ローラ＞剥離部材
（実施例４）表層の表面粗さが、加圧ローラ＞定着ローラ＞剥離部材
（比較例３）表層の表面粗さが、定着ローラ＜剥離部材
フルカラー画像の定着においては、白黒画像の定着時よりも多量のトナーが重ねて転写されたトナー像を定着しなければならず、剥離時に大きな剥離力が必要であり、剥離部材の耐久性が課題となっている。また、光沢のあるカラー画像の場合には、定着後のトナー画像表面の平滑性をだすことが要求され、そのためにはトナーを十分に加熱溶融して低粘度化させた後に、画像表面を平らにならすことが必要であり、ますます大きな剥離力を必要とするとともに、剥離部材に画像表面を平らにならす機能を保持させることが課題となっている。
【００３７】
定着後のトナー画像表面の平滑性を出すには、実施例３に示すように、定着ニップ内での加熱時のローラ表面粗さよりも、ニップ通過後に接する剥離部材の共析メッキ層の表面粗さの寄与度が高いため、初めは定着ローラで大まかな平滑性を出した後に、剥離部材の滑らかな面で画像を擦ると、より平滑で光沢度の高い画像が得られる。
【００３８】
実施例４は、両面プリントに対応するものである。両面プリントの場合、記録媒体の表の面はトナーが重なった状態で定着ニップ内を２回通過する。このとき、表の面のトナーにムラがあると加圧ローラ側でトナーが剥がれにくくなり、光沢度が得られない。そこで、加圧ローラの表面粗さを最も粗くして接触面積を減少させ剥がれ易くする。
【００３９】
さらに、剥離部材の共析メッキ層先端部の表面粗さを後端部より細かく（小さく）する。トナー画像の平滑性を出すのは剥離部材の先端部であり、後端部は逆にベタ画像の貼り付きを防ぐために、表面粗さを粗く（大きく）する。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能であり、従来公知の技術に適用させるようにしてもよいし、従来公知の技術を組み合わせるようにしてもよい。
【００４１】
例えば、上記実施形態においては、定着ローラ２１側の剥離部材３１について説明しているが、加圧ローラ２２側の剥離部材３２にも適用させることは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、剥離部材の耐久性を増大させるとともに、定着画像の画質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる定着装置の１実施形態を示し、画像形成装置の全体構成図である。
【図２】図１の定着装置の詳細構造を示し一部破断面を示す斜視図である。
【図３】図２の要部断面図である。
【図４】図２の剥離部材の斜視図である。
【図５】図２の剥離部材の取付状態を示す側面図である。
【図６】図２の上部から見た平面図である。
【図７】本発明に係わる実験結果を示す図である。
【図８】本発明に係わる実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１９…定着装置
２１…定着ローラ
２１ａ…熱源
２２…加圧ローラ
３１…剥離部材
Ｎ…定着ニップ部
【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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