JP2006017810A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材の温度や時間以外でトナーの溶融をより十分なものとすることができる定着装置を提供すること。
【解決手段】電子写真の加熱加圧式トナー定着装置であり、トナーに接する定着部材が、少なくとも４００μｍ以上のシリコーンゴムと、最表層としてフッ素樹脂を有する定着部材であり、且つ、定着装置の加熱ニップでの記録紙の滞留時間ＤＴ［ｍｓｅｃ］が１００ｍｓｅｃ以上である定着装置において、ニップ出口での記録紙表面温度を１００％としたときの記録紙表面温度の割合をＴp ［％］とし、滞留時間を１００％としたときのニップ内の経過時間の割合をＤＴp ［％］とし、Ｔp が９０％となるＤＴp をＤＴp90 ［％］としたとき、
ＤＴp90 ＜（−０．０６３×ＤＴ＋５７）
となることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式のコピー機やプリンタのトナー定着に用いられる定着装置に関するものである。

トナーの定着は、記録紙へトナーを熱と圧力で溶融・加圧せしめることにより達成される。特に、トナー溶融に必要な熱をどのように、どの程度伝えるかは、装置設計上重要な項目である。

このトナー定着は、一般的に、加熱したロールやベルトといった定着部材を２つ狭持して回転させ、この間に記録紙を通過させることで達成される。この狭持した部位をニップと呼ぶ。トナー定着は主に、このニップ部でトナーを溶融・加圧せしめる。

トナー定着では、トナー溶融の程度は、様々な画像特性や、或は画像不良に影響を与える。例えば、トナー溶融が十分でない場合、記録紙へのトナーの密着力が小さく、又、トナー同士の結合力も弱くなり、コールドオフセットと呼ばれるトナー欠落不良が生じる。又、トナー表面の凹凸が大きく、例えば光沢性と言った観点では高い光沢は得られない。一方で、トナー溶融が過剰であると、液体のようになったトナーが定着部材側に移行し、ホットオフセットと呼ばれる画像不良が生じる。このように、トナー定着では、トナーの溶融を所望の結果になるようにすることが重要である。

特に、近年の省エネ化の要請の下、少ないエネルギーでトナーをより溶融させる技術の重要性が高まっており、定着装置上も様々な制限を受ける。

定着装置として一般的には、被加熱側であるトナーをより溶融したい場合には、加熱側である定着部材の温度を上げるか、加熱時間を長くすることで達成できる。即ち、ニップでの熱伝導により、伝熱後のトナーの温度を高くすることでトナーをより溶融することを達成するのである。しかしながら、定着部材の温度を上げることは、省エネ的観点からは好ましくない。

又、トナー温度を高くすることでトナーをより溶融させるということは、ホットオフセットの弊害を伴うという問題がある。

例えば、特許文献１では、定着排紙温度での該離型剤の溶融粘度が、該トナー母体樹脂の溶融粘度より１０^–1 〜１０^–2倍であることを特徴とする定着装置を提案している。このように、主にニップ出口でのトナー温度に着目して、これまで定着装置の開発が行われてきた。

特開平１０−４８８６８号公報

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、定着部材の温度や時間以外でトナーの溶融をより十分なものとすることができる定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、電子写真の加熱加圧式トナー定着装置であって、トナーに接する定着部材が、少なくとも４００μｍ以上のシリコーンゴムと、最表層としてフッ素樹脂を有する定着部材であり、且つ、定着装置の加熱ニップでの記録紙の滞留時間ＤＴ［ｍｓｅｃ］が１００ｍｓｅｃ以上である定着装置において、
ニップ出口での記録紙表面温度を１００％としたときの記録紙表面温度の割合をＴp ［％］とし、滞留時間を１００％としたときのニップ内の経過時間の割合をＤＴp ［％］とし、Ｔp が９０％となるＤＴp をＤＴp90 ［％］としたとき、
ＤＴp90 ＜（−０．０６３×ＤＴ＋５７）
となることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、シリコーンゴムは４００μｍ〜１ｍｍの範囲にあり、フッ素樹脂は１０〜３０μｍの範囲にあり、且つ、滞留時間ＤＴは１００ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、加熱ニップ幅が１０ｍｍ以上であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、定着部材及び／又は加圧部材がベルト形態であることを特徴とする。

本発明により、トナー溶融に関し、定着部材の温度や時間以外でトナーの溶融をより十分なものとすることを達成することができた。

以下に、本発明を実施したトナー定着装置を例示する。

図１にトナー定着部材を発明実施の形態として例示した。

１１はロール形状の芯金であり、アルミや鉄等の比較的熱伝導が高く且つ剛性の確保できる材質が選択される。中空の内部にはハロゲンヒータ（図示せず）等の熱源を配し加熱される。

１２は弾性層であり、耐熱性や柔軟性が求められる。材質は特に限定されるものではないが、耐熱性、弾性、コストの観点から考えてシリコーンゴムが好適と言える。

シリコーンゴムの種類は、架橋反応の形態として特に限定されないが、トナー定着部材に用いることを鑑みると、付加反応型やパーオキサイド反応型が好適に用いられる。特に、付加反応型のシリコーンゴムは、その加工の容易性等の付随した利便性により、本発明をより効果的に実施できる材料である。

又、シリコーンゴムは官能基の種類が様々に知られているが、それら公知の種類の官能基を有したシリコーンゴムを用いても構わない。特に、メチル基のみを有したジメチルシリコーンゴムや、フェニル基を有したメチルフェニルシリコーンゴム／フェニルシリコーンゴムがトナー定着部材用に良く知られ、好んで用いられる。

シリコーンゴムには、耐熱や伝熱や補強や増量等を目的として、無機系の粉末状の充填剤を配合しても良い。無機系充填剤は公知のものを用いることができる。例えば、結晶性シリカ、煙霧状シリカ、酸化鉄、アルミナ等を例示できる。この他、シリコーンゴムには各種特性の調整のために配合剤を加えても良い。

弾性層１２は、本発明においては適度な柔軟性の確保が容易なものとするため、厚みを４００μｍ以上とした。この厚みは、本発明の効果とローラの伝熱特性のバランスを考慮して１ｍｍ以下とすることがより好ましい。

１３は最外層であり、耐熱性や、トナーの付着のし難さが求められる。材質は特に限定されるものではないが、様々な定着部材の特性を踏まえると、フッ素樹脂が本発明をより効果的に実施できる材料である。

フッ素樹脂の種類は、公知である種類の材料を用いることができ、特に限定されない。一般に良く知られる、ポリテトラフルオロエチレン（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共重合体（ＦＥＰ）等の単一種又は複合種の材料を用いることが好ましい。

最外層としてのフッ素樹脂の厚みは特に限定されるものではないが、好ましくは３０μｍ以下が本発明の実施形態として特に推奨される。厚みの下限は機械的強度の要求と共に変わるが、厚みを１０μｍ以上とするのが実用的であると考えられる。

本発明の実施の形態は、図１に挙げたローラ形状のトナー定着部材のみならず、厚みの薄い基体から成るベルト形状であっても良い。

次に、本発明の実施における定着部材の製作について説明する。

先ず、外径８０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さ２３０ｍｍのアルミパイプ（ローラ）を用意し、表面をシリコーン系プライマー（ＤＹ３５−０５１、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）によりプライマー処理した。

次いで、所望のシリコーンゴムの原液を秤量・攪拌し、上記プライマー処理したアルミパイプ上に５００μｍの厚みに均一にコートした。このローラを、熱風炉内で１５０℃、３０分処理し、次いで、熱風炉内で２００℃、４時間処理した。

次に、接着面側が脱フッ素処理された所望の厚みのＰＦＡフッ素樹脂シートを用意し、その接着面を上記シリコーン系プライマーを塗布し、自然乾燥した。

次いで、上記シリコーンゴムがコートされたローラに、上記自然乾燥したＰＦＡフッ素樹脂シートを巻き付け、熱風炉内で２００℃、４時間処理し、余分なＰＦＡフッ素樹脂シート部位を切り落とし、ローラとしての製作を終えた。

図２にトナー定着装置を発明の実施の形態として例示した。

２１はトナー定着部材を上側に配した上ローラであり、２２は上ローラ２１に対して加圧されるようトナー定着部材を配した下ローラである。この下ローラ２２は、定着ローラとほぼ同様の構成としたが、弾性層であるシリコーンゴムの厚みを３ｍｍとした。

ローラ内には、ヒータ（図示せず）を配し、サーミスタ（図示せず）を通して所定の温度に温調した。この温調温度は、特に限定されるものではなく、用いるトナーや求める画質等によって所望の温度に設定することが可能であり、本発明の効果が変わるものではないが、本実施例では、効果の比較検証のため、全ての実験を１７０℃での温調温度とすることとした。

この上下ローラに挟まれた部分（図３、Ｎ）をトナー定着ニップと呼び、トナー像が形成された紙等の記録材２３はこのニップにて所定の速度で狭持搬送され、熱と圧力を受けることで、トナーは定着し、定着画像を得る。

本発明の実施の形態は、図２に挙げたローラ定着装置のみならず、上ローラ及び／又は下ローラの代わりにベルと形状の部材を用いたベルト定着装置であっても良い。特に、ニップ幅が１０ｍｍ以上のような定着装置においては、ベルト定着装置が好適である。

画像評価を行うトナー像として、市販の電子写真方式のカラープリンタ（商品名：ＬＢＰ−２７１０、キヤノン株式会社製）を準備し、定着装置の手前で用紙を取り出せるようにしておき、未定着のトナー画像を得た。

又、用紙として、カラーレーザーコピア用紙（商品名：ＴＫＣＬ−Ａ４、キヤノン販売株式会社製）を用いた。画像は、マゼンタ濃度１００％とシアン濃度１００％を重ねた２色べた画像とした。

画像は、目視による光沢ムラの判定の後、光沢度計（商品名：ＰＧ−１Ｍ、日本電色株式会社製）にて６０°入・反射光の光沢値を計測した。光沢値は、トナー溶融の程度の指標として用いた。

又、記録紙表面温度は、厚み１００μｍの耐熱樹脂シート上にＫ型熱電対を貼り付けて測定した。但し、本発明においては、温度の絶対値で比較せず、ニップ出口温度を１００％としたときの割合で比較するため、これら測定系の記録紙種や熱電対種には大きく影響を受けないと考えられ、必ずしも上記測定条件が必要な訳ではないことを付け加えておく。

上記の記録紙表面温度測定により計測された結果から、ニップ出口温度をＴout ［℃］、任意の滞留時間での温度をＴ［℃］として定義して、ニップ出口を１００％としたときの割合Ｔp ［％］を、Ｔp ＝（Ｔ／Ｔout ）×１００の計算式で算出した。

又、同じ計測結果から、温度測定点のニップ入り口での時間を基準（０）として、その基準時間からの経過時間をＥＴ［ｍｓｅｃ］とし、ニップ出口までの経過時間を滞留時間ＤＴ［ｍｓｅｃ］として定義して、滞留時間を１００％としたときのニップ内の任意点の経過時間の割合ＤＴp ［％］を、ＤＴp ＝（ＥＴ／ＤＴ）×１００の計算式で算出した。

又更に、記録紙温度の割合Ｔp が９０％になった滞留時間の割合ＤＴp をＤＴp90 ［％］として定義した。

弾性層のシリコーンゴムとして、シート成型した場合に、ＪＩＳ−Ｋ−６３０１に準じて２５℃で測定したＪＩＳ−Ａ硬度が５°であり、迅速熱伝導率計（ＱＴＭ−５００、京都電子工業株式会社製）にて２５℃で測定した熱伝導率ｋが０．５Ｗ／ｍ．Ｋであるシリコーンゴムを用いた。又、表層ＰＦＡとしては、１２μｍの厚みのシートを用いた。

このような定着部材を、図２に例示した定着装置に組み込み、滞留時間ＤＴを１００ｍｓｅｃになるように設定した条件と、ＤＴを２００ｍｓｅｃにした条件で、未定着画像を通紙して画像評価を行った。目視で光沢ムラは確認されず良好と判断した。後にこれら定着画像の光沢を測定した。

又、記録紙表面温度測定を実施した結果、ＤＴが１００ｍｓｅｃの場合、ＤＴp90 ＝５４［％］となった。又同様に、ＤＴが２００ｍｓｅｃの場合、ＤＴp90 ＝３６［％］であった。これらは何れも、ＤＴp90 ＜（−０．０６３×ＤＴ＋５７）の関係式を満たしていた。

実施例１に準じて、弾性層のシリコーンゴムとして、ＪＩＳ−Ａ硬度が３０°であり、熱伝導率ｋが０．８Ｗ／ｍ．Ｋであるシリコーンゴムを用いた。又、表層ＰＦＡとしては、１２μｍの厚みのシートを用いた。

実施例１と同様に画像評価を行った結果、目視で光沢ムラは確認されず良好と判断した。後にこれら定着画像の光沢を測定した。

又、記録紙表面温度測定を実施した結果、ＤＴが１００ｍｓｅｃの場合、ＤＴp90 ＝５３［％］となった。又同様に、ＤＴが２００ｍｓｅｃの場合、ＤＴp90 ＝３４［％］であった。これらは何れも、ＤＴp90 ＜（−０．０６３×ＤＴ＋５７）の関係式を満たしていた。

＜比較例１＞
実施例１に準じて、弾性層のシリコーンゴムとして、ＪＩＳ−Ａ硬度が５°であり、熱伝導率ｋが０．５Ｗ／ｍ．Ｋであるシリコーンゴムを用いた。又、表層ＰＦＡとしては、５０μｍの厚みのシートを用いた。

実施例１と同様に画像評価を行った結果、目視で光沢ムラは確認されず良好と判断した。後にこれら定着画像の光沢を測定した。

又、記録紙表面温度測定を実施した結果、ＤＴが１００ｍｓｅｃの場合、ＤＴp90 ＝５９［％］となった。又同様に、ＤＴが２００ｍｓｅｃの場合、ＤＴp90 ＝４２［％］であった。これらは何れも、ＤＴp90 ＜（−０．０６３×ＤＴ＋５７）の関係式を満たしていなかった。

＜比較例２＞
実施例１に準じて、弾性層のシリコーンゴムとして、ＪＩＳ−Ａ硬度が３０°であり、熱伝導率ｋが０．８Ｗ／ｍ．Ｋであるシリコーンゴムを用いた。又、表層ＰＦＡとしては、５０μｍの厚みのシートを用いた。

実施例１と同様に画像評価を行った結果、目視で光沢ムラは確認されず良好と判断した。後にこれら定着画像の光沢を測定した。

又、記録紙表面温度測定を実施した結果、ＤＴが１００ｍｓｅｃの場合、ＤＴp90 ＝５８［％］となった。又同様に、ＤＴが２００ｍｓｅｃの場合、ＤＴp90 ＝４２［％］であった。これらは何れも、ＤＴp90 ＜（−０．０６３×ＤＴ＋５７）の関係式を満たしていなかった。

＜比較例３＞
実施例１のうち、弾性層のシリコーンゴムの厚みを１００μm とする以外は実施例１と同じ条件になるようにした。

実施例１と同様に画像評価を行った結果、目視で光沢ムラが顕著に確認されたため、良好ではないと判断し、その後の評価・計測を中止した。

上記の実施例１から比較例２までの光沢測定の結果を、図４に整理して比較した。比較は、実施例１の光沢値を基準（ゼロ）とし、その光沢値からの差（ΔGLOSS ）として整理した。この結果から明らかなように、本発明の実施例は、比較例に比べて光沢が高く、即ち、トナーがより溶融しており、本発明の効果を立証することができた。

尚、これら全ての実施例、比較例において、ニップ幅は約１０ｍｍになるように設定した。ニップ幅は、幅広になる程、同じ滞留時間を達成するのに必要な記録紙搬送速度を早くすることができるため、高速処理には出来るだけ幅の広いニップが好ましいが、機構上の安定性等も鑑み、好ましくは５０ｍｍを超えない程度までが現実的と考えられる。

定着部材の一例を示す図である。 定着装置の一例を示す図である。 ニップ部を示す図である。 光沢計測の結果を示す図である。

符号の説明

１１ 芯金
１２ 弾性層
１３ 最外層
２１ 上ローラ
２２ 下ローラ
２３ 記録材
Ｎ ニップ幅

Claims (4)

1. 電子写真の加熱加圧式トナー定着装置であり、
   トナーに接する定着部材が、少なくとも４００μｍ以上のシリコーンゴムと、最表層としてフッ素樹脂を有する定着部材であり、且つ、定着装置の加熱ニップでの記録紙の滞留時間ＤＴ［ｍｓｅｃ］が１００ｍｓｅｃ以上である定着装置において、
   ニップ出口での記録紙表面温度を１００％としたときの記録紙表面温度の割合をＴp ［％］とし、滞留時間を１００％としたときのニップ内の経過時間の割合をＤＴp ［％］とし、Ｔp が９０％となるＤＴp をＤＴp90 ［％］としたとき、
   ＤＴp90 ＜（−０．０６３×ＤＴ＋５７）
   となることを特徴とする定着装置。
2. シリコーンゴムは４００μｍ〜１ｍｍの範囲にあり、フッ素樹脂は１０〜３０μｍの範囲にあり、且つ、滞留時間ＤＴは１００ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 加熱ニップ幅が１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 定着部材及び／又は加圧部材がベルト形態であることを特徴とする請求項３記載の定着装置。

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