JP2014063066A - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】摺動部材の摺動面の耐摩耗性に優れる定着装置の提供。
【解決手段】加圧ロール88と、加熱ベルト84と、押圧パッド87と、摺動部材82と、を備えた定着装置80である。そして、摺動部材82は、凹部が点在した摺動面を有するフッ素樹脂層を備え、前記摺動面は、印加される圧力が摺動方向に最も高い領域において、当該領域の面積に占める凹部の開口の総面積の割合が他の領域よりも低い。
【選択図】図5

Description

本発明は、定着装置、及び画像形成装置に関する。
電子写真方式を用いた画像形成装置では、記録媒体に形成された未定着トナー像を定着装置によって定着して画像形成する。
この定着装置として、加熱ロールと加熱ロールに接触して配置された加圧ベルトとを備えた構成、又は、加熱ベルトと加熱ベルトに接触して配置された加圧ロールとを備えた構成の、ベルト・ニップ方式と呼ばれる定着装置が知られている。
ベルト・ニップ方式の定着装置では、ベルトは、内周面側から押圧部材によりロールに押圧されて配置され、ベルトと押圧部材の間には、ベルトの回転に伴う摺動抵抗を低減する目的で摺動部材が配置されている。
この摺動部材としては、摺動面に凹凸部、凹部又は溝を有する摺動部材が開発されている(例えば、特許文献1〜3)。
特開2005−3969号公報 特開2002−299007号公報 特開2008−275755号公報
本発明は、摺動部材の摺動面の耐摩耗性に優れる定着装置を提供することを課題とする。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項1に係る発明は、
第1回転体と、
前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、
前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、
前記第2回転体の内面と前記押圧部材との間に介在し、前記第2回転体との摺動面に凹部が点在したフッ素樹脂層を有する摺動部材と、
を備え、
前記摺動部材の前記摺動面は、印加される圧力が摺動方向に最も高い領域において、当該領域の面積に占める凹部の開口の総面積の割合が他の領域よりも低い、定着装置。
請求項2に係る発明は、
前記押圧部材は、摺動方向において前記第1回転体に対し突出した突出領域を有し、
前記摺動部材の前記摺動面は、前記第2回転体の内面と前記押圧部材の前記突出領域の頂点との間に介在する領域において、当該領域の面積に占める凹部の開口の総面積の割合が他の領域よりも低い、請求項1に記載の定着装置。
請求項3に係る発明は、
前記摺動部材の前記摺動面は、前記凹部の配列周期が0.2mm以上2.0mm以下であり、隣接した前記凹部と前記凹部との距離が0.3mm以上1.0mm以下であり、前記凹部の1個当たりの開口の面積が7×10−3mm以上3.2mm以下である、請求項1又は請求項2に記載の定着装置。
請求項4に係る発明は、
前記摺動部材は、前記摺動面に占める前記凹部の開口の総面積の割合が10%以上60%以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の定着装置。
請求項5に係る発明は、
前記第2回転体の内面の表面粗さRaが0.1μm以上2.0μm以下である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の定着装置。
請求項6に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、
帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、
前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
前記トナー像を記録媒体に定着する請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の定着装置と、
を備える画像形成装置。
請求項1、2に係る発明によれば、摺動部材の摺動面における凹部の密度(領域ごとの面積に占める凹部の開口の総面積の割合)が前記構成から外れる場合に比べ、摺動部材の摺動面の耐摩耗性に優れる定着装置が提供される。
請求項3に係る発明によれば、摺動部材の摺動面の、凹部の配列周期、隣接した凹部間の距離、及び凹部の1個当たりの開口の面積の少なくとも1つが前記範囲から外れる場合に比べ、摺動部材の潤滑剤(オイル)保持・供給機能を確保しつつ、圧力ムラの発生が抑制された定着装置が提供される。
請求項4に係る発明によれば、摺動部材の摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合が前記範囲から外れる場合に比べ、摺動部材の潤滑剤(オイル)保持・供給機能を確保しつつ、摺動部材の摺動面の耐摩耗性に優れる定着装置が提供される。
請求項5に係る発明によれば、第2回転体の内面の表面粗さRaが前記範囲から外れる場合に比べ、第2回転体と摺動部材との間の潤滑剤(オイル)保持性が向上した定着装置が提供される。
請求項6に係る発明によれば、摺動部材の摺動面における凹部の密度が前記構成から外れる場合に比べ、定着装置の長寿命化が達成された画像形成装置が提供される。
本実施形態に係る定着装置が備える摺動部材の摺動面の構成例を示す概略平面図である。 本実施形態に係る定着装置が備える摺動部材の摺動面の別の構成例を示す概略平面図である。 本実施形態に係る定着装置が備える摺動部材の層構成の例を示す概略断面図である。 第1実施形態の定着装置の構成例を示す概略図である。 第2実施形態の定着装置の構成例を示す概略図である。 本実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す概略図である。
以下、本実施形態に係る定着装置、及び画像形成装置について詳細に説明する。
本実施形態において、「勾配」との用語には、連続的に変化している場合も、非連続的に変化している場合も含む。これら両方の変化状態を「勾配」と称する。
本実施形態に係る定着装置は、第1回転体と、前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、前記第2回転体の内面と前記押圧部材との間に介在する摺動部材と、を備える。
そして、前記摺動部材は、前記第2回転体との摺動面に凹部が点在したフッ素樹脂層を備え、前記摺動面は、印加される圧力が摺動方向に最も高い領域において、当該領域の面積に占める凹部の開口の総面積の割合が他の領域よりも低い。即ち、前記摺動面は、領域ごとの面積に占める凹部の開口の総面積の割合(以下「凹部の密度」と称する。)が、印加される圧力が摺動方向に最も高い領域において最も低い。
本実施形態に係る定着装置は、上記の構成により、摺動部材の摺動面の耐摩耗性に優れる。この理由は定かではないが、以下のように推測される。
ベルト・ニップ方式の定着装置では、例えば、ベルトは内周面側から押圧部材によってロールに押圧されて配置され、ベルトとロールとの接触領域には、ベルトにロールからの荷重がかかったニップ部が形成される。ベルトと押圧部材の間には、ベルトの回転に伴う摺動抵抗を低減する目的で摺動部材が配置されている。
摺動部材として、従来、摺動面に凹部が点在した摺動部材が知られている。摺動部材の凹部は、潤滑剤(オイル)を保持し被摺動部材との接触領域に潤滑剤(オイル)を供給する目的や、接触領域の面積を減らし摩擦係数を低く抑える目的で設けられている。摺動面における凹部の配列パターンとしては、格子や面心格子が知られている。(本明細書において、面心格子とは、正方形又は長方形の頂点及び対角線の交点、合計5点を単位格子の格子点とする構造を意味する。)
ところで、摺動部材と被摺動部材(ベルト)との間には摺動抵抗が生じるが、この摺動抵抗を低減する方策として、例えば、摺動部材と被摺動部材との接触面積を少なくする手段、即ち、摺動部材の摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合を大きくする手段が採られることがある。
しかし、摺動部材は、摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合が大きいと、面積の小さい平坦部に局所的に圧力がかかることになり、摺動面が摩耗し易い。特に、摺動部材の摺動面にかかる圧力が大きいニップ部において、摺動面の摩耗が起こり易い。摺動面の摩耗を抑制して摺動部材及び定着装置の寿命を長くする観点からは、摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合は小さい方がよい。
そこで従来、摺動部材に要求される潤滑剤(オイル)保持・供給機能、摺動抵抗の低さ、及び耐摩耗性を適えるために、1個の凹部の開口の面積と、凹部の配列パターンの寸法とを最適化することで、摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合を最適化する方法が採られてきた。
これに対し、本実施形態に係る定着装置は、摺動部材の摺動面に、凹部の密度勾配を作ることにより、摺動部材の潤滑剤(オイル)保持・供給機能や、摺動抵抗の低さを確保しつつ、摺動部材の摺動面の耐摩耗性を向上させようとするものである。
本実施形態に係る定着装置は、摺動部材の摺動面における凹部の密度を、印加される圧力が摺動方向に最も高い領域において最も低くする。
この構成によれば、摺動面が受ける圧力が最も高く摺動部材の摩耗が発生し易い領域では、該領域の摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合が他領域よりも低く、即ち、該領域の摺動面に占める平坦部の面積の割合が大きく、その結果、該領域の摩耗が抑制されると考えられる。
それにより、摺動部材及び定着装置の長寿命化が達成されると考えられる。
以下、本実施形態に係る定着装置が備える摺動部材について詳細に説明する。
<摺動部材>
摺動部材は、凹部が点在した摺動面を有するフッ素樹脂層を備える。
本実施形態に係る定着装置において、摺動部材の摺動面には、例えば、摺動部材と被摺動部材との間の摺動抵抗を低減させる目的で潤滑剤(オイル)が供給される。
〔凹部の配列パターン〕
凹部は、摺動面において、摺動方向に密度勾配をもって点在している。凹部の密度は、印加される圧力が摺動方向に最も高い領域(以下「最高圧領域」と称する。)において最も低い。
凹部の密度は、摺動方向に連続的に変化していてもよく、摺動方向に非連続的に変化していてもよい。これら両方の密度の変化状態を、本実施形態においては「密度勾配」と称する。
凹部の密度は、摺動面の幅方向(摺動方向に直交する方向)においては勾配がないことが望ましい。
最高圧領域は、摺動面に印加される最高圧力(以下「ピーク圧力」と称する。)の、例えば8割以上の圧力が印加される領域である。ピーク圧力を示す位置、及び最高圧領域は、通常、ニップ部に存在する。
なお、本実施形態に係る定着装置において、摺動部材の摺動面に印加されるピーク圧力は、例えば3kgf/cm乃至6kgf/cmである。
最高圧領域の長さ(摺動方向の距離)は、特に制限されず、印加される圧力の勾配や、定着装置及び摺動部材の寸法にもよるが、例えば、ニップ部の摺動面の長さの20%以上90%以下とすればよく、30%以上70%以下が望ましい。
凹部の密度は、最高圧領域において最も低いことに加えて、摺動面全体において、印加される圧力の高低に応じて勾配を示すことが望ましい。即ち、印加される圧力が高い領域ほど凹部の密度は低い(印加される圧力が低い領域ほど凹部の密度は高い)ことが望ましい。
この構成により、摺動面全体に占める凹部の開口の総面積を確保して、潤滑剤(オイル)供給機能や摺動抵抗の低さを確保しつつ、摺動面の耐摩耗性を向上させ得る。
最高圧領域における凹部の密度は、15%以上50%以下が望ましい。
15%以上であると、最高圧領域における摩擦係数が高くなり過ぎず摺動抵抗が低く抑えられ望ましい。50%以下であると、最高圧領域の耐摩耗性が良好である。
最高圧領域における凹部の密度は、20%以上45%以下が更に望ましく、25%以上40%以下が更に望ましい。
最高圧領域以外の領域における凹部の密度は、潤滑剤(オイル)供給機能や摺動抵抗の低さを確保しつつ、摺動面の耐摩耗性に優れる観点から、ニップ部の摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合を10%以上60%以下に調整するように設定することが望ましい。ニップ部の摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合は、15%以上40%以下がより望ましい。
なお、ニップ部以外の摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合も、10%以上60%以下が望ましく、15%以上40%以下がより望ましい。したがって、摺動面全体において、摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合は、10%以上60%以下が望ましく、15%以上40%以下がより望ましい。
摺動部材の摺動面において、凹部は、周期的な配列で点在していることが望ましい。
周期的な配列としては、例えば、格子、面心格子が挙げられる。
周期的な配列は、途切れたりズレがあったりしてもよいが、あらゆる方向に隙間無く連続して繰り返していることが望ましい。
凹部を周期的に配列させながら、凹部の密度勾配を作る実施形態としては、例えば、下記の形態が挙げられる。
形態(1):幅方向の寸法は同じで長さ方向の寸法が異なる複数種類の単位格子(例えば、格子や面心格子)を平面に並べた構造において、複数種類の単位格子の並べ方によって、摺動方向に格子点の分布勾配を作る。そして、格子点のすべてに、1個当たりの開口の面積が同じか略同じである凹部を配置し、摺動方向に凹部の密度勾配を作る。
形態(2):1種類の単位格子(例えば、格子や面心格子)を平面に並べた構造において、格子点を間引いて、摺動方向に格子点の分布勾配を作る。そして、間引かれずに残った格子点のすべてに、1個当たりの開口の面積が同じか略同じである凹部を配置し、摺動方向に凹部の密度勾配を作る。
形態(3):1種類の単位格子(例えば、格子や面心格子)を平面に並べた構造において、すべての格子点に、開口の面積が異なる複数種類の凹部のいずれかを配置する。このとき、開口の面積が異なる複数種類の凹部の配置の仕方によって、摺動方向に凹部の密度勾配を作る。
周期的な配列は、配列周期(配列ピッチ)が、0.2mm以上2.0mm以下が望ましく、0.3mm以上1.5mm以下がより望ましい。
ここで、配列周期(配列ピッチ)とは、隣接する2個の単位格子の中心点間の距離を言う。なお、配列周期(配列ピッチ)は、単位格子の形に応じて複数ある場合がある。(例えば単位格子の形が長方形の場合、縦方向と横方向の2つある。)配列周期(配列ピッチ)が複数ある場合、そのいずれも上記の範囲であることが望ましい。
周期的な配列は、隣接した前記凹部と前記凹部との距離が0.3mm以上1.0mm以下であることが望ましく、0.4mm以上0.8mm以下であることがより望ましい。
〔凹部の形状〕
凹部の形状は、潤滑剤(オイル)の保持・供給機能を発現し得れば、制限されない。
面方向の形状としては、例えば、円形、楕円形、三角形、四角形、その他の多角形、不定形が挙げられ、摺動面に凹部を設ける加工の容易性の観点から、円形が望ましい。
深さ方向の形状としては、例えば、柱状、錐状、テーパー状、逆テーパー状が挙げられる。
凹部の1個当たりの開口の面積は、7×10−3mm以上3.2mm以下が望ましく、0.03mm以上0.8mm以下がより望ましい。
具体的には、凹部の面方向の形状が円形である場合、その開口の直径は100μm以上2mm以下が望ましく、150μm以上1mm以下がより望ましい。
摺動面の凹部は、潤滑剤(オイル)の保持・供給機能を確保しつつ、押圧ムラの発生を抑制する観点から、周期的な配列で点在しており、配列周期が前記範囲で、隣接した前記凹部間の距離が前記範囲で、且つ、凹部の1個当たりの開口の面積が上記範囲であることが望ましい。
摺動部材は、被摺動部材に接触する側の面において、摺動方向の端部や、幅(摺動方向に直交する方向)の端部に、被摺動部材に接触しない領域を有する場合がある。その場合、被摺動部材に接触しない領域である端部は、「摺動面」には該当せず、該端部には凹部が形成されていなくてもよい。
摺動部材は、摺動面において凹部が周期的に配列していることが望ましいが、一部の凹部が欠落していても構わない。
〔摺動面の構成の具体例〕
以下、図1及び図2を参照して、摺動部材の摺動面の構成を説明する。
図1(a)及び図2(a)は、摺動部材の摺動面に印加される圧力(kgf/cm)の摺動方向における分布の例を示したグラフである。ただし、グラフは、ニップ部の入口から、ニップ部の出口の後方まで、摺動面の一部の圧力分布を示している。
図1(b)及び図2(b)は、摺動部材の摺動面における凹部の配列パターンの例を示す概略平面図であって、摺動面を平面視した図面である。
図1に示される摺動面114aについて説明する。
摺動面114aに印加される圧力は、例えば図1(a)に示すグラフのごとく摺動方向に勾配を有する。
摺動面114aは、ニップ部との位置関係、及び図1(a)のグラフに示す圧力分布に従って、例えば下記の5領域に分けられる。
領域M:ニップ部の入口よりも前(上流)の領域。
領域D:グラフ中の距離0mmから8mm。摺動面に印加される圧力が上昇する領域。
領域E:グラフ中の距離8mmから25mm。ピーク圧力の8割以上の前記圧力がかかる領域。
領域F:グラフ中の距離25mmから33mm。前記圧力が下降する領域。
領域N:グラフ中の距離33mmから以降。ニップ部の出口よりも後ろ(下流)の領域。
摺動面114aは、例えば領域Eを最高圧領域とし、領域Eにおける凹部の密度が、領域M、領域D、領域F、領域Nにおける凹部の密度よりも低く構成される。
これにより、領域Eにおける平坦部の面積の割合が大きくなり、領域Eにかかる圧力が分散され、その結果、領域Eの摩耗が抑制され得る。
摺動面114aには、凹部116aが点在する。凹部116aは、開口の形状が例えば円形である。凹部116aは、例えば面心格子状に配列する。
凹部116aを例えば面心格子状に配列させて、摺動面114aに凹部の密度勾配を作るには、例えば、前記の形態(1)とする。
即ち、幅方向の寸法は同じで長さ方向の寸法が異なる2種類の面心格子を平面に並べた構造において、領域Eには、長さ方向の寸法が大きい面心格子を並べ、領域M、領域D、領域F、領域Nには、長さ方向の寸法が小さい面心格子を並べ、摺動方向に格子点の分布勾配を作る。そして、格子点のすべてに、1個当たりの開口の面積が同じか略同じである凹部116aを配置し、摺動方向に凹部の密度勾配を作る。
上記形態は、領域Eの凹部の密度が、領域M、領域D、領域F、領域Nの凹部の密度に比べて低く、領域M、領域D、領域F、領域Nの凹部の密度が同じである。
上記では、領域M、領域D、領域F、領域Nの凹部の密度が同じ例を説明したが、これらの領域の凹部の密度は異なっていてもよい。例えば、領域D、領域Fの凹部の密度を領域M、領域Nの凹部の密度よりも低くしてよい。
また、領域D、領域E、領域Fは、各領域内で、摺動面に印加される圧力が高い領域ほど凹部の密度を低くして(印加される圧力が低い領域ほど凹部の密度を高くして)、凹部の密度勾配を連続的にしてもよい。
次に、図2に示される摺動面114bについて説明する。
摺動面114bに印加される圧力は、例えば図2(a)に示すグラフのごとく摺動方向に勾配を有する。
摺動面114bは、ニップ部との位置関係、及び図2(a)のグラフに示す圧力分布に従って、例えば下記の6領域に分けられる。
領域M:ニップ部の入口よりも前(上流)の領域。
領域C:グラフ中の距離0mmから10mm。摺動面に印加される圧力が上昇する領域。
領域D:グラフ中の距離10mmから26mm。前記圧力が横ばいの領域。
領域E:グラフ中の距離26mmから30mm。ピーク圧力の8割以上の前記圧力がかかる領域。
領域F:グラフ中の距離30mmから33mm。前記圧力が下降する領域。
領域N:グラフ中の距離33mmから以降。ニップ部の出口よりも後ろ(下流)の領域。
摺動面114bは、例えば領域Eを最高圧領域とし、領域Eにおける凹部の密度が、領域M、領域C、領域D、領域F、領域Nにおける凹部の密度よりも低く構成される。
これにより、領域Eにおける平坦部の面積の割合が大きくなり、領域Eにかかる圧力が分散され、その結果、領域Eの摩耗が抑制され得る。
摺動面114bには、凹部116bと凹部116cとが点在する。凹部116bと凹部116cとは、開口の形状が例えば円形であり、凹部116bの開口の面積は、凹部116cの開口の面積よりも大きい。
凹部116bと凹部116cとは、例えば面心格子状に配列する。
凹部116bと凹部116cとを例えば面心格子状に配列させて、摺動面114bに凹部の密度勾配を作るには、例えば、前記の形態(3)とする。
即ち、1種類の面心格子を平面に並べた構造において、領域Eではすべての格子点に、開口の直径の小さい凹部116cを配置し、領域M、領域C、領域D、領域F、領域Nではすべての格子点に、開口の直径の大きい凹部116bを配置する。
上記形態は、領域Eの凹部の密度が、領域M、領域C、領域D、領域F、領域Nの凹部の密度に比べて低く、領域M、領域C、領域D、領域F、領域Nの凹部の密度が同じである。
上記では、領域M、領域C、領域D、領域F、領域Nの凹部の密度が同じ例を説明したが、これらの領域の凹部の密度は異なっていてもよい。例えば、領域C、領域D、領域Fの凹部の密度を領域M、領域Nの凹部の密度よりも低くしてよい。
また、領域C、領域D、領域E、領域Fは、各領域内で、摺動面に印加される圧力が高い領域ほど凹部の密度を低くして(印加される圧力が低い領域ほど凹部の密度を高くして)、凹部の密度勾配を連続的にしてもよい。
〔摺動部材の層構成〕
以下、図3を参照して、本実施形態に係る定着装置が備える摺動部材の層構成について説明する。
図3(a)、(b)、(c)は、摺動部材の層構成の例を示す概略断面図である。
図3(a)、(b)に示される摺動部材101a、101bは、シート状の基体110と、基体110上に設けられたフッ素樹脂層112と、で構成されている。なお、基体110とフッ素樹脂層112とを接着するための接着層は図示していない。
図3(c)に示される摺動部材101cは、フッ素樹脂層112単独で構成されている。
摺動部材101a、101bは、フッ素樹脂層112と基体110との積層体である。フッ素樹脂層112を基体110で支持し、被摺動部材との摺動に伴うフッ素樹脂層112の変形を抑制する。
摺動部材101cは、フッ素樹脂層112の単層体である。フッ素樹脂層112は、被摺動部材との摺動に伴うフッ素樹脂層112の変形を抑制するに十分な厚さを有する。
摺動部材101a、101cでは、摺動面114を構成するフッ素樹脂層112に設けられた、該層を厚さ方向に貫通しない穴(凹部)により、凹部116が形成されている。
摺動部材101bでは、フッ素樹脂層112に設けられた、該層を厚さ方向に貫通する貫通穴と、基体110の表面とにより、凹部116が形成されている。
〔摺動部材を構成する層〕
以下、図3(a)、(b)、(c)に示される摺動部材101a、101b、101cを構成する各層の詳細を説明する。
以下において「主成分」とは、質量比で50%以上であることを意味する。
(フッ素樹脂層)
フッ素樹脂層112は、摺動面を構成する。フッ素樹脂層112は、主成分としてフッ素樹脂を含む層であり、必要に応じて、充填材等の添加物を含んでもよい。
フッ素樹脂層112を構成する樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー等が挙げられる。
中でも、フッ素樹脂層112は、摺動部材の耐久性の観点から、架橋されたフッ素樹脂を主成分として含む層が望ましく、特に、架橋されたポリテトラフルオロエチレン(以下、「架橋PTFE」と称する。)からなる層であることが望ましい。
フッ素樹脂層112を構成する架橋PTFEとしては、例えば、未架橋PTFEに電離性放射線を照射して架橋させたPTFEが挙げられる。具体的には、架橋PTFEは、例えば、結晶融点よりも高い温度で加熱した状態の未架橋PTFEに、酸素不在の環境下で、照射線量1KGy以上10MGy以下の電離性放射線(例えば、γ線、電子線、X線、中性子線、或いは高エネルギーイオン等)を照射して架橋させたPTFEである。
PTFEは、テトラフルオロエチレン以外の他の共重合成分、例えば、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、ヘキサフルオロプロピレン、(パーフルオロアルキル)エチレン、或いはクロロトリフルオロエチレン等を含んでいてもよい。
充填材は、導電性や熱伝導性の付与、耐久性の向上を目的に添加される物質である。
充填材としては、金属酸化物粒子、ケイ酸塩鉱物、カーボンブラック、及び窒素化合物から選ばれる少なくとも1種が望ましい。
中でも、ケッチェンブラック、黒鉛、アセチレンブラックは、導電性を付与するのに望ましく、黒鉛、銅、銀、窒化アルミ、窒化硼素、アルミナ等は、熱伝導性を付与するのに望ましい。充填材料は、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
充填材の平均粒径は、0.01μm以上20μm以下が望ましい。
充填材を用いる場合、その含有量は、フッ素樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上30質量部以下が望ましい。
フッ素樹脂層112の厚さは、該層の形状や、該層の剛性、基体110の性状に応じて設定されるが、通常、20μm以上500μm以下であればよく、望ましくは50μm以上400μm以下である。
本実施形態に係る定着装置が備える摺動部材が、基体110を備えず、フッ素樹脂層112の単層体である場合、形状保持性や耐久性などの観点から、フッ素樹脂層112の厚さは、200μm以上400μm以下が望ましい。
(基体)
基体110は、シート状であり、例えば、樹脂材料と必要に応じて充填材等の添加剤とを含む。
樹脂材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、補強材を添加してなるポリエステル樹脂等が挙げられる。中でも、耐熱性、機械的強度が高いポリイミド樹脂が望ましい。
基体110の厚さは、例えば、50μm以上150μm以下であればよく、60μm以上130μm以下が望ましい。
(接着層)
基体110とフッ素樹脂層112との間には、両者を接着する接着層が存在する。
接着層は、耐熱性シリコーン樹脂やエポキシ系樹脂等の公知の接着剤により形成された層でもよく、接着シートを用いて形成された層でもよい。
本実施形態に係る定着装置が備える摺動部材が、摺動部材101bのように、フッ素樹脂層112に貫通穴が設けられた態様である場合、この貫通穴を埋めることのないよう、接着剤よりも接着シートを用いることが望ましく、フッ素樹脂層112の貫通穴と同じ形状の穴を有する接着シートを用いてもよい。
接着シートの厚さは、10μm以上30μm以下が望ましい。
接着シートとしては、融点以上に加熱することで熱融着を起こし、基体110とフッ素樹脂層112とを接着し得る接着シートが望ましい。加えて、潤滑剤(オイル)と反応せず、潤滑剤(オイル)による劣化及び潤滑剤(オイル)の劣化が起こり難い観点から、フッ素系接着シートが望ましい。具体的には、商品名シルキーボンド(潤工社製)が挙げられる。
〔摺動部材の製造方法〕
図3(a)、(b)に示される摺動部材101a、101bは、例えば、以下の工程を経て製造される。
まず、基体110となるシートと、フッ素樹脂層112となるシート状のフッ素樹脂と、を準備する。
次に、下記の方法で、フッ素樹脂層112となるシート状のフッ素樹脂に凹部又は貫通穴を形成する。
シート状のフッ素樹脂に凹部を形成する方法としては、例えば、シート状のフッ素樹脂に押し付ける押付面に凸部を有する金型を準備し、シート状のフッ素樹脂(例えば、架橋PTFEからなるシート)に前記金型を押し付けて、フッ素樹脂のガラス転移温度以上に加熱し、前記凸部に対応する凹部を形成する方法が挙げられる。
前記金型の押付面の凸部は、NC工作機械などで作製してもよく、エッチングで作製してもよい。
ほかに、Ni電鋳で作製してもよく、Ni電鋳とフォトリソグラフィーとを組み合わせた方法(エレクトロフォーミング法)で作製してもよい。これらは、精度の高さや、複製の容易さの点で、有利な方法である。
シート状のフッ素樹脂に貫通穴を形成する方法としては、例えば、レーザー(COレーザー、エキシマレーザー等)による加工、ドリルによる加工、金型を用いた打ち抜き加工、が挙げられる。
穴径が比較的大きい場合(例えば、径0.3mm超の場合)は、金型を用いた打ち抜き加工が好適であり、穴径が比較的小さい場合(例えば、径0.5mm未満の場合)は、レーザーによる加工が好適である。
次に、基体110となるシートと、凹部又は貫通穴を形成したシート状のフッ素樹脂とを、例えばフッ素系接着シートを用いて張り合わせる。この張り合わせは、3者の積層体(基体110となるシート/フッ素系接着シート/凹部又は貫通穴を形成したシート状のフッ素樹脂)を作り、積層体の上下から圧力と熱を加えることにより行われる。
この張り合わせの際に積層体に印加される圧力は、例えば1.0MPa以上2.0MPa以下であり、加熱温度は、例えば320℃以上350℃以下である。
基体110となるシートと、フッ素樹脂層112となるシート状のフッ素樹脂との張り合わせは、シート状のフッ素樹脂に凹部又は貫通穴を形成する前に行ってもよい。この場合、両者の積層体を形成した後、例えば、押付面に凸部を有する金型をフッ素樹脂側に押し付けて加熱・加圧し凹部を形成する。
図3(c)に示される摺動部材101cは、例えば、フッ素樹脂層112となるシート状のフッ素樹脂に、押付面に凸部を有する金型を押し付けて、フッ素樹脂のガラス転移温度以上に加熱し、前記凸部に対応する凹部を形成する方法で製造される。
<定着装置>
本実施形態に係る定着装置は、第1回転体と、前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、前記第2回転体の内面と前記押圧部材との間に介在する摺動部材と、を備える。
本実施形態に係る定着装置は、更に、前記第1回転体及び前記第2回転体の少なくとも一方を加熱する加熱源を備えることが望ましい。
前記第2回転体の一例としての加熱ベルトや加圧ベルトの内面(内周面)は、その表面粗さRaが0.1μm以上2.0μm以下であることが望ましく、0.3μm以上1.5μm以下であることがより望ましい。上記範囲であると、前記第2回転体の一例としての加熱ベルトや加圧ベルトと、摺動部材との摺動抵抗が低減し、潤滑剤(オイル)を介在させた場合、両部材間で潤滑剤(オイル)を保持し易くなり、摺動部材の耐摩耗性が向上する。
ここで、表面粗さRaの測定は、表面粗さ計サーフコム1400A(東京精密社製)を用いて、JIS B0601−1994に準拠し、評価長さLnを4mm、基準長さLを0.8mm、カットオフ値を0.8mmとした測定条件で行う。
本実施形態に係る定着装置としては、種々の構成があるが、下記の2つの実施形態を具体的に説明する。
第1実施形態として、加熱源を有する加熱ロールと、押圧パッドが押圧された加圧ベルトと、を備えた定着装置を説明する。
第2実施形態として、加熱源を有し押圧パッドが押圧された加熱ベルトと、加圧ロールと、を備えた定着装置を説明する。
これらの定着装置におけるシート状の摺動部材として、前述の摺動部材が適用される。
〔定着装置の第1実施形態〕
図4を参照して、第1実施形態に係る定着装置60について説明する。
図4は、第1実施形態に係る定着装置60の構成を示す概略図である。
定着装置60は、加熱ロール61(第1回転体の一例)と、加圧ベルト62(第2回転体の一例)と、押圧パッド64(押圧部材の一例)と、摺動部材68(摺動部材の一例)と、ハロゲンランプ66(加熱源の一例)と、を備える。
加熱ロール61と加圧ベルト62とは、外周面で接触して印加し合う。加圧ベルト62が加熱ロール61に押圧していてもよく、加熱ロール61が加圧ベルト62に押圧していてもよい。加熱ロール61と加圧ベルト62とが接触した領域には、挟込領域N(ニップ部)が形成される。
加熱ロール61は、その内部にハロゲンランプ66(加熱源の一例)を備える。加熱源は、ハロゲンランプに限られず、発熱する他の発熱部材でもよい。
加熱ロール61の外周面には、感温素子69が接触して配置されている。感温素子69による温度計測値に基づいて、ハロゲンランプ66の点灯が制御され、加熱ロール61の表面温度が設定した温度(例えば150℃)に維持される。
加熱ロール61は、例えば金属製のコア(円筒状芯金)611の周囲に耐熱性弾性体層612及び離型層613をこの順に積層して構成される。
加圧ベルト62は、加熱ロール61の外周面に接して配置されている。
加圧ベルト62は、その内部に配置された押圧パッド64とベルト走行ガイド63とによって回転自在に支持されている。
押圧パッド64は、加圧ベルト62の内側に配置され、加圧ベルト62を介して加熱ロール61と印加し合う。
押圧パッド64は、挟込領域Nの入口側に前挟込部材64aを備え、挟込領域Nの出口側に剥離挟込部材64bを備える。
前挟込部材64aは、加熱ロール61の外周形状に沿う凹形状に構成されて、挟込領域Nの長さ(摺動方向の距離)を確保する。
剥離挟込部材64bは、加熱ロール61の外周面に対し突出する形状に構成されて、挟込領域Nの出口領域において加熱ロール61に局所的な歪みを生じさせ、定着後の記録媒体の加熱ロール61からの剥離を容易にする。
押圧パッド64は、例えば剥離挟込部材64bのように突出する形状に構成された部材を備えることにより、加熱ロール61に対し突出した突出領域を有する。
そして、押圧パッド64は、例えば前記突出領域の頂点で、加圧ベルト62の内面に最も強く押圧する。このとき、摺動部材68は、加圧ベルト62の内面と押圧パッド64の突出領域の頂点との間に介在する領域において、摺動面に印加される圧力が摺動方向に最も高い。
上記の場合、摺動部材68の摺動面は、加圧ベルト62の内面と押圧パッド64の突出領域の頂点との間に介在する領域において、凹部の密度が最も低いことが望ましい。摺動部材68の摺動面の凹部密度は、前記突出領域の頂点からの遠近に応じて、摺動方向に連続的に変化していてもよく、摺動方向に非連続的に変化していてもよい。
摺動部材68は、シート状に構成され、加圧ベルト62と押圧パッド64との間に、その摺動面(凹部が点在する面)が加圧ベルト62の内周面と接するように配置されている。
摺動部材68は、その摺動面と加圧ベルト62の内周面との間に存在する潤滑剤(オイル)の保持・供給に関与する。摺動部材68は、耐摩耗性に優れており、定着装置60の長寿命化が達成される。
摺動部材68は、加圧ベルト62の内周面と押圧パッド64との摺動抵抗を小さくするために、前挟込部材64a及び剥離挟込部材64bを覆うように配置される。
保持部材65は、押圧パッド64と摺動部材68とを保持する。保持部材65は、例えば金属製である。
保持部材65には、ベルト走行ガイド63が取り付けられている。ベルト走行ガイド63に沿って加圧ベルト62が回転する。
ベルト走行ガイド63には、加圧ベルト62の内周面に潤滑剤(オイル)を供給する手段である潤滑剤供給装置67が取り付けられていてもよい。
挟込領域Nの下流側には、記録媒体の剥離の補助手段として、剥離部材70が備えられる。剥離部材70は、剥離爪71と、剥離爪71を保持する保持部材72と、を備える。剥離爪71は、加熱ロール61の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に加熱ロール61と近接する状態で配置されている。
加熱ロール61は、駆動モータ(不図示)により矢印Cの方向に回転し、この回転に従動して加圧ベルト62は、加熱ロール61の回転方向と反対の方向に回転する。
未定着トナー像を有する用紙K(記録媒体)は、定着入口ガイド56によって導かれて、挟込領域Nに搬送される。そして、用紙Kが挟込領域Nを通過する際に、用紙K上のトナー像は挟込領域Nに作用する圧力と熱とによって定着される。
〔定着装置の第2実施形態〕
図5を参照して、第2実施形態に係る定着装置80について説明する。
図5は、第2実施形態に係る定着装置80の構成を示す概略図である。
定着装置80は、加圧ロール88(第1回転体の一例)と、定着ベルトモジュール86と、を備える。
定着ベルトモジュール86は、加熱ベルト84(第2回転体の一例)と、押圧パッド87(押圧部材の一例)と、摺動部材82(摺動部材の一例)と、押圧パッド87の近傍に配設されたハロゲンヒータ89A(加熱源の一例)と、を備える。
さらに、定着ベルトモジュール86は、支持ロール90と、支持ロール92と、姿勢矯正ロール94と、支持ロール98と、を備える。
加圧ロール88は、加熱ベルト84(定着ベルトモジュール86)に押圧して配置され、加圧ロール88と加熱ベルト84(定着ベルトモジュール86)とが接触する領域に挟込領域N(ニップ部)が形成されている。
加熱ベルト84は、無端状に構成されており、その内部に配置された押圧パッド87と支持ロール90とによって回転自在に支持されている。
押圧パッド87は、加熱ベルト84が巻き掛けられ、加熱ベルト84を加圧ロール88へ押圧する。
押圧パッド87は、前挟込部材87aと、剥離挟込部材87bとを備え、保持部材89によって支持されている。
前挟込部材87aは、加圧ロール88の外周形状に沿う凹形状に構成されて、挟込領域Nの入口側に配置され、挟込領域Nの長さ(摺動方向の距離)を確保する。
剥離挟込部材87bは、加圧ロール88の外周面に対し突出する形状に構成されて、挟込領域Nの出口側に配置され、挟込領域Nの出口領域において加圧ロール88に局所的な歪みを生じさせ、定着後の記録媒体の加圧ロール88からの剥離を容易にする。
押圧パッド87は、その近傍(例えば保持部材89の内部)にハロゲンヒータ89A(加熱源の一例)を備え、加熱ベルト84を内周面側から加熱する。
例えば保持部材89の前挟込部材87aの上流には、加熱ベルト84の内周面に潤滑剤(オイル)を供給する手段である潤滑剤供給装置(不図示)が取り付けられていてもよい。
押圧パッド87は、例えば剥離挟込部材87bのように突出する形状に構成された部材を備えることにより、加圧ロール88に対し突出した突出領域を有する。
そして、押圧パッド87は、例えば前記突出領域の頂点で、加熱ベルト84の内面に最も強く押圧する。このとき、摺動部材82は、加熱ベルト84の内面と押圧パッド87の突出領域の頂点との間に介在する領域において、摺動面に印加される圧力が摺動方向に最も高い。
上記の場合、摺動部材82の摺動面は、加熱ベルト84の内面と押圧パッド87の突出領域の頂点との間に介在する領域において、凹部の密度が最も低いことが望ましい。摺動部材82の摺動面の凹部密度は、前記突出領域の頂点からの遠近に応じて、摺動方向に連続的に変化していてもよく、摺動方向に非連続的に変化していてもよい。
摺動部材82は、シート状に構成され、加熱ベルト84と押圧パッド87との間に、その摺動面(凹部が点在する面)が加熱ベルト84の内周面と接するように配置されている。
摺動部材82は、その摺動面と加熱ベルト84の内周面との間に存在する潤滑剤(オイル)の保持・供給に関与する。摺動部材82は、耐摩耗性に優れており、定着装置80の長寿命化が達成される。
支持ロール90は、加熱ベルト84が巻き掛けられ、押圧パッド87と異なる位置で加熱ベルト84を支持する。
支持ロール90は、その内部にハロゲンヒータ90A(加熱源の一例)を備え、加熱ベルト84を内周面側から加熱する。
支持ロール90は、例えばアルミニウムの円筒状ロールの外周表面に、例えば厚さ20μmのフッ素樹脂からなる離型層が形成されたロールである。
支持ロール92は、押圧パッド87から支持ロール90までの間の加熱ベルト84の外周面に接触して配置されており、加熱ベルト84の周回経路を規定する。
支持ロール92は、その内部にハロゲンヒータ92A(加熱源の一例)を備え、加熱ベルト84を外周面側から加熱する。
支持ロール92は、例えばアルミニウムの円筒状ロールの外周表面に、例えば厚さ20μmのフッ素樹脂からなる離型層が形成されたロールである。
加熱源の一例である、ハロゲンヒータ89A、ハロゲンヒータ90A、ハロゲンヒータ92Aは、これらのうち少なくとも1つが備えられていればよい。
姿勢矯正ロール94は、支持ロール90から押圧パッド87までの間の加熱ベルト84の内周面に接触して配置されており、支持ロール90から押圧パッド87までの加熱ベルト84の姿勢を矯正する。
姿勢矯正ロール94の近傍には、加熱ベルト84の端部位置を測定する端部位置測定機構(不図示)が配置され、姿勢矯正ロール94には、端部位置測定機構の測定結果に応じて加熱ベルト84の軸方向における当り位置を変位させる軸変位機構(不図示)が配設され、これらの機構が加熱ベルト84の姿勢を矯正する。
姿勢矯正ロール94は、例えばアルミニウムの円柱状ロールである。
支持ロール98は、押圧パッド87から支持ロール92までの間の加熱ベルト84の内周面に接触して配置されており、挟込領域Nの下流側において加熱ベルト84の内周面から加熱ベルト84に張力を付与する。
支持ロール98は、例えばアルミニウムの円筒状ロールの外周表面に、例えば厚さ20μmのフッ素樹脂からなる離型層が形成されたロールである。
加圧ロール88は、加熱ベルト84が押圧パッド87に巻き回された部位において、加熱ベルト84に押圧して配置されている。
加圧ロール88は、回転自在に設けられており、加熱ベルト84が矢印Eの方向に回転移動するのに伴って、加熱ベルト84に従動して、矢印Fの方向に回転する。
加圧ロール88は、例えばアルミニウムの円柱状ロール88Aの外周表面に、例えばシリコーンゴムからなる弾性層88Bと、例えば厚さ100μmのフッ素樹脂からなる剥離層(不図示)をこの順に積層して構成される。
例えば支持ロール90や支持ロール92が駆動モータ(不図示)により回転し、この回転に従動して加熱ベルト84が矢印Eの方向に回転移動し、加熱ベルト84の回転移動に従動して加圧ロール88が矢印Fの方向に回転する。
未定着トナー像を有する用紙K(記録媒体)は、定着装置80の挟込領域Nに搬送される。そして、用紙Kが挟込領域Nを通過する際に、用紙K上のトナー像は挟込領域Nに作用する圧力と熱とによって定着される。
<画像形成装置>
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、前記トナー像を記録媒体に定着する本実施形態に係る定着装置と、を備える。
以下に、本実施形態に係る画像形成装置について、一例である電子写真方式の画像形成装置を挙げて説明する。本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置に限られず、電子写真方式以外の公知の画像形成装置(例えば、用紙搬送用の無端ベルトを備えたインクジェット記録装置など)であってよい。
図6を参照して、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
図6は、本実施形態に係る画像形成装置100の構成を示す概略図である。画像形成装置100は、既述の第1実施形態の定着装置60を備える。画像形成装置100は、定着装置60に替えて、既述の第2実施形態に係る定着装置80を備えてもよい。
画像形成装置100は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置である。画像形成装置100は、電子写真方式により各色のトナー像が形成される画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kと、各色のトナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)する一次転写部10と、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー像を記録媒体である用紙Kに一括転写(二次転写)する二次転写部20と、二次転写された画像を用紙K上に定着させる定着装置60と、各装置(各部)の動作を制御する制御部40と、を備える。
画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kは、中間転写ベルト15の上流側から、1Y(イエロー用ユニット)、1M(マゼンタ用ユニット)、1C(シアン用ユニット)、1K(ブラック用ユニット)の順に、略直線状に配置されている。
画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kはそれぞれ、感光体11(像保持体の一例)を備える。感光体11は、矢印Aの方向に回転する。
感光体11の周囲には、帯電器12(帯電装置の一例)と、レーザー露光器13(潜像形成装置の一例)と、現像器14(現像装置の一例)と、一次転写ロール16と、感光体クリーナ17とが、感光体11の回転方向に沿って順次配設されている。
帯電器12は、感光体11の表面を帯電させる。
レーザー露光器13は、露光ビームBmを発して、感光体11上に静電潜像を形成する。
現像器14は、各色のトナーを収容しており、感光体11上の静電潜像をトナーにより可視像化する。
一次転写ロール16は、感光体11上に形成されたトナー像を、一次転写部10において、中間転写ベルト15に転写する。
感光体クリーナ17は、感光体11上の残留トナーを除去する。
中間転写ベルト15は、ポリイミド又はポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を添加した材料からなるベルトである。中間転写ベルト15は、体積抵抗率が例えば10Ωcm以上1014Ωcm以下であり、厚さが例えば0.1mmである。
中間転写ベルト15は、駆動ロール31、支持ロール32、張力付与ロール33、背面ロール25、及びクリーニング背面ロール34によって支持され、駆動ロール31の回転に従って矢印Bの方向に循環駆動(回転)される。
駆動ロール31は、定速性に優れたモータ(不図示)により駆動されて中間転写ベルト15を回転させる。
支持ロール32は、4個の感光体11の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト15を、駆動ロール31と共に支持する。
張力付与ロール33は、中間転写ベルト15に一定の張力を与えると共に、中間転写ベルト15の蛇行を抑制する補正ロールとして機能する。
背面ロール25は、二次転写部20に設けられ、クリーニング背面ロール34は、中間転写ベルト15上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられる。
一次転写ロール16は、中間転写ベルト15を挟んで感光体11に圧接配置されて、一次転写部10を形成する。
一次転写ロール16には、トナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同じ。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加される。これにより、各感光体11上のトナー像が中間転写ベルト15に順次、静電吸引され、中間転写ベルト15上に重畳されたトナー像が形成される。
一次転写ロール16は、シャフト(例えば鉄、SUS等の金属の円柱棒)と、シャフトの周囲に固着した弾性層(例えば、カーボンブラック等の導電剤を配合したブレンドゴムのスポンジ層)とで構成された円筒ロールである。一次転写ロール16は、体積抵抗率が例えば107.5Ωcm以上108.5Ωcm以下である。
二次転写ロール22は、中間転写ベルト15を挟んで背面ロール25に圧接配置されて、二次転写部20を形成する。
二次転写ロール22は、背面ロール25との間に二次転写バイアスを形成し、二次転写部20に搬送される用紙K(記録媒体)上にトナー像を二次転写する。
二次転写ロール22は、シャフト(例えば鉄、SUS等の金属の円柱棒)と、シャフトの周囲に固着した弾性層(例えば、カーボンブラック等の導電剤を配合したブレンドゴムのスポンジ層)とで構成された円筒ロールである。二次転写ロール22は、体積抵抗率が例えば107.5Ωcm以上108.5Ωcm以下である。
背面ロール25は、中間転写ベルト15の裏面側に配置されて二次転写ロール22の対向電極を構成し、二次転写ロール22との間に転写電界を形成する。
背面ロール25は、例えば、ゴム基材をカーボンを分散したブレンドゴムのチューブで被覆して構成される。背面ロール25は、表面抵抗率が例えば10Ω/□以上1010Ω/□以下であり、硬度が例えば70°(アスカーC:高分子計器社製、以下同じ。)である。
背面ロール25には、金属製の給電ロール26が接触配置されている。給電ロール26は、トナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)を印加し、二次転写ロール22と背面ロール25との間に転写電界を形成させる。
中間転写ベルト15の二次転写部20の下流側には、中間転写ベルトクリーナ35が、中間転写ベルト15に対し接離自在に設けられている。中間転写ベルトクリーナ35は、二次転写後の中間転写ベルト15上の残留トナーや紙粉を除去する。
画像形成ユニット1Yの上流側には、基準センサ(ホームポジションセンサ)42が配設されている。基準センサ42は、各画像形成ユニットにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する。基準センサ42は、中間転写ベルト15の裏側に設けられたマークを認識して基準信号を発生し、この基準信号を認識した制御部40からの指示により、画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kは画像形成を開始する。
画像形成ユニット1Kの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ43が配設されている。
画像形成装置100は、用紙Kを搬送する搬送手段として、用紙収容部50と、給紙ロール51と、搬送ロール52と、搬送ガイド53と、搬送ベルト55と、定着入口ガイド56とを備える。
用紙収容部50は、画像形成前の用紙Kを収容する。
給紙ロール51は、用紙収容部50に収容されていた用紙Kを取り出す。
搬送ロール52は、給紙ロール51により取り出された用紙Kを搬送する。
搬送ガイド53は、搬送ロール52により搬送された用紙Kを二次転写部20へ送り込む。
搬送ベルト55は、二次転写部20で画像が転写された用紙Kを定着装置60へ搬送する。
定着入口ガイド56は、用紙Kを定着装置60に導く。
次に、画像形成装置100による画像形成方法について説明する。
画像形成装置100では、画像読取装置(不図示)やコンピュータ(不図示)等から出力された画像データが画像処理装置(不図示)により画像処理され、画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kによって作像作業が実行される。
画像処理装置では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Y、M、C、Kの4色の色材階調データに変換され、レーザー露光器13に出力される。
レーザー露光器13は、入力された色材階調データに応じて、露光ビームBmを画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kの各感光体11に照射する。
画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kの各感光体11は、帯電器12によって表面が帯電された後、レーザー露光器13によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。各感光体11上に形成された静電潜像は、各画像形成ユニットによって各色のトナー像として現像される。
画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kの各感光体11上に形成されたトナー像は、各感光体11と中間転写ベルト15とが接触する一次転写部10において、中間転写ベルト15上に転写される。一次転写部10では、一次転写ロール16により中間転写ベルト15にトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加され、トナー像が中間転写ベルト15上に順次重ねて転写される。
中間転写ベルト15上に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト15が移動することによって、二次転写部20に搬送される。
トナー像が二次転写部20に到達するタイミングに合わせ、用紙収容部50に収容されていた用紙Kが、給紙ロール51、搬送ロール52及び搬送ガイド53によって搬送され、二次転写部20に供給され、中間転写ベルト15と二次転写ロール22との間に挟み込まれる。
そして、転写電界が形成されている二次転写部20において、中間転写ベルト15上のトナー像が、用紙K上に静電転写(二次転写)される。
トナー像が静電転写された用紙Kは、二次転写ロール22によって中間転写ベルト15から剥離され、搬送ベルト55によって定着装置60まで搬送される。
定着装置60に搬送された用紙Kは、定着装置60によって加熱・加圧され、未定着トナー像が定着する。
以上の工程を経て、画像形成装置100によって記録媒体上に画像が形成される。
以下、実施例を挙げて本実施形態を具体的に説明するが、本実施形態は以下に示す実施例にのみ限定されるものではない。
<押圧部材の用意>
画像形成装置として、ベルト・ロールニップ方式の定着装置を備えた富士ゼロックス社製Color 1000 Pressを用意した。
この画像形成装置の定着装置は、図5に示す定着装置80のように構成されており、加熱ベルト(図5における加熱ベルト84)の内周面の表面粗さRaが0.6μmであった。
上記定着装置には、押圧部材(図5における押圧パッド87)として、下記の押圧パッド(1)又は押圧パッド(2)を取り付けた。
・押圧パッド(1):加圧ロール(図5における加圧ロール88)に対し突出した突出領域を有し、ニップ部において摺動部材の摺動面に図1(a)に示すグラフのごとく圧力分布を生じさせる押圧パッド。
・押圧パッド(2):加圧ロール(図5における加圧ロール88)に対し突出した突出領域を有し、ニップ部において摺動部材の摺動面に図2(a)に示すグラフのごとく圧力分布を生じさせる押圧パッド。
<比較例1>
ガラスクロスに厚さ0.025mmのPTFEシートをラミネートしたシート(中興化成工業製HGF−500−6)(80mm×400mm)を準備した。このシートは、ガラスクロスの凹凸を反映した凹凸を表面に有していた。
摺動部材として上記シートを、押圧パッド(1)を備えた定着装置に取り付け、前記画像形成装置に装着した。
<比較例2>
(金型の用意)
底面および上底面の直径が0.25mm、高さが0.1mmの直円柱状の凸部が点在する領域(80mm×400mm)を押付面に有するNi電鋳製金型を、エレクトロファインフォーミングで作製した。
直円柱状の凸部は、面心格子の格子点に、直円柱の底面および上底面の中心が位置するように点在させた。面心格子の単位格子の寸法は、0.5mm×0.5mmとした。
(凹部の形成)
基体となる厚さ75μmのポリイミド樹脂シートと、フッ素樹脂層となる厚さ0.1mmの架橋PTFEシート(日立電線社製エクセロンXF−1B)とを貼り合わせた積層シート(80mm×400mm)を準備した。
この積層シートの架橋PTFEシート側に金型を重ね、金型を180℃に加熱しながらプレス機で加圧することで凹部を形成した。
上記加工により、摺動面に凹部が点在した、シート状の摺動部材(80mm×400mm)を得た。凹部は、直径0.25mm、深さ0.1mmの直円柱状であり、面心格子状に点在していた。摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合は約39%であった。
上記摺動部材を、押圧パッド(1)を備えた定着装置に取り付け、前記画像形成装置に装着した。
<実施例1>
(金型の用意)
底面および上底面の直径が0.25mm、高さが0.1mmの直円柱状の凸部が点在する領域(80mm×400mm)を押付面に有するNi電鋳製金型を、エレクトロファインフォーミングで作製した。
直円柱状の凸部は、面心格子の格子点に、直円柱の底面および上底面の中心が位置するように点在させた。
面心格子は、具体的には下記の構成とした。
凸部が点在する領域(80mm×400mm)を、400mm辺の一端から80mm辺の方向に、順に、下記の5つの領域に分けた。
・領域M:距離0mmから30mm。
・領域D:距離30mmから38mm。
・領域E:距離38mmから55mm。
・領域F:距離55mmから63mm。
・領域N:距離63mmから80mm。
面心格子の単位格子の寸法を、領域M、D、F、Nにおいては0.5mm×0.5mmとし、領域Eにおいては0.75mm×0.5mmとした。
(凹部の形成)
基体となる厚さ75μmのポリイミド樹脂シートと、フッ素樹脂層となる厚さ0.1mmの架橋PTFEシート(日立電線社製エクセロンXF−1B)とを貼り合わせた積層シート(80mm×400mm)を準備した。
この積層シートの架橋PTFEシート側に金型を重ね、金型を180℃に加熱しながらプレス機で加圧することで凹部を形成した。
上記加工により、摺動面に凹部が点在した、シート状の摺動部材(80mm×400mm)を得た。凹部は、直径0.25mm、深さ0.1mmの直円柱状であり、面心格子状に点在していた。凹部の密度は、領域M、D、F、Nにおいては約39%であり、領域Eにおいては約26%であった。摺動面全体における摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合は、約36%であった。
上記摺動部材を、押圧パッド(1)を備えた定着装置に取り付け、前記画像形成装置に装着した。
そのとき、領域D、E、Fがニップ部に位置し、押圧パッド(1)の突出領域の頂点に領域Eが位置し、摺動部材の摺動面に図1(a)に示すグラフのごとく圧力分布が生じるように、画像形成装置を構成した。
ニップ部の摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合は約32%であった。
<実施例2>
(金型の用意)
底面および上底面の直径が0.25mm、高さが0.1mmの直円柱状の凸部が点在する領域(80mm×400mm)を押付面に有するNi電鋳製金型を、エレクトロファインフォーミングで作製した。
直円柱状の凸部は、面心格子の格子点に、直円柱の底面および上底面の中心が位置するように点在させた。
面心格子は、具体的には下記の構成とした。
凸部が点在する領域(80mm×400mm)を、400mm辺の一端から80mm辺の方向に、順に、下記の6つの領域に分けた。
・領域M:距離0mmから30mm。
・領域C:距離30mmから40mm。
・領域D:距離40mmから56mm。
・領域E:距離56mmから60mm。
・領域F:距離60mmから63mm。
・領域N:距離63mmから80mm。
面心格子の単位格子の寸法を、領域M、C、D、F、Nにおいては0.5mm×0.5mmとし、領域Eにおいては0.75mm×0.5mmとした。
(凹部の形成)
基体となる厚さ75μmのポリイミド樹脂シートと、フッ素樹脂層となる厚さ0.1mmの架橋PTFEシート(日立電線社製エクセロンXF−1B)とを貼り合わせた積層シート(80mm×400mm)を準備した。
この積層シートの架橋PTFEシート側に金型を重ね、金型を180℃に加熱しながらプレス機で加圧することで凹部を形成した。
上記加工により、摺動面に凹部が点在した、シート状の摺動部材(80mm×400mm)を得た。凹部は、直径0.25mm、深さ0.1mmの直円柱状であり、面心格子状に点在していた。凹部の密度は、領域M、C、D、F、Nにおいては約39%であり、領域Eにおいては約26%であった。摺動面全体における摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合は、約39%であった。
上記摺動部材を、押圧パッド(2)を備えた定着装置に取り付け、前記画像形成装置に装着した。
そのとき、領域C、D、E、Fがニップ部に位置し、押圧パッド(2)の突出領域の頂点に領域Eが位置し、摺動部材の摺動面に図2(a)に示すグラフのごとく圧力分布が生じるように、画像形成装置を構成した。
ニップ部の摺動面に占める凹部の開口の総面積の割合は約38%であった。
<評価>
各実施例および比較例の画像形成装置を、22℃/55RH%の環境下、プロセススピード800mm/秒で連続稼動させた。
(摺動部材の摩耗量)
500,000枚(500kpv)通紙した時点で、摺動部材を定着装置から外し、その厚さを、渦電流式膜厚測定装置(フィッシャー・インストルメンツ社製)を用いて測定した。
測定は領域E(最高圧領域)の平坦部で任意に5点行った。この5点の平均値と、予め測定しておいた使用前の摺動部材の厚さとの差(μm)を求め、摩耗量とした。結果を表1に示す。
なお、比較例1は、PTFE層が摩耗しガラスクロスが露出していた。
(摺動部材の摩擦係数)
摺動部材と、被摺動部材である加熱ベルトとの間の、稼動開始時点の摩擦係数(初期摩擦係数)と、所定枚数を通紙した時点の摩擦係数とを下記の方法で測定した。
測定には常時モニター可能なトルクモニターを使用し、システムトルクを測定してシステム摩擦係数を求め摩擦係数の代用とした。そして、下記の評価基準にしたがって評価した。結果を表1に示す。
−摩擦係数の評価基準−
A:初期摩擦係数が1.0以下であり、且つ、3,000,000枚(3Mpv)通紙した時点の摩擦係数が1.2以下である。
B:初期摩擦係数が1.0以下であり、且つ、1,000,000枚(1Mpv)通紙した時点の摩擦係数が1.5以下である。
C:初期摩擦係数が1.0以下であり、且つ、400,000枚(400kpv)通紙した時点の摩擦係数が1.5以下である。
D:初期摩擦係数が1.0を超える、又は、400,000枚(400kpv)通紙した時点の摩擦係数が1.5を超える。
表1から分かるとおり、実施例1、2は、初期摩擦係数が同じである比較例1、2に比べ、通紙後の摩耗量が少なく、摺動面の耐摩耗性に優れていた。
また、実施例1、2は、比較例1、2に比べ、定着を繰り返すことによる摩擦係数の上昇が抑えられていた。
101a、101b、101c 摺動部材
110 基体
112 フッ素樹脂層
114 摺動面
114a 摺動面
114b 摺動面
116 凹部
116a 凹部
116b 凹部
116c 凹部
11 感光体(像保持体)
12 帯電器(帯電装置)
13 レーザー露光器(潜像形成装置)
14 現像器(現像装置)
15 中間転写ベルト
16 一次転写ロール(転写装置)
22 二次転写ロール(転写装置)
60 定着装置
61 加熱ロール
62 加圧ベルト
63 ベルト走行ガイド
64 押圧パッド
64a 前挟込部材
64b 剥離挟込部材
65 保持部材
66 ハロゲンランプ
68 摺動部材
67 潤滑剤供給装置
69 感温素子
70 剥離部材
71 剥離爪
72 保持部材
80 定着装置
82 摺動部材
84 加熱ベルト
86 定着ベルトモジュール
88 加圧ロール
88A 円柱状ロール
88B 弾性層
87 押圧パッド
87a 前挟込部材
87b 剥離挟込部材
89 保持部材
89A ハロゲンヒータ
90 支持ロール
90A ハロゲンヒータ
92 支持ロール
92A ハロゲンヒータ
94 姿勢矯正ロール
98 支持ロール
100 画像形成装置

Claims (6)

  1. 第1回転体と、
    前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、
    前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、
    前記第2回転体の内面と前記押圧部材との間に介在し、前記第2回転体との摺動面に凹部が点在したフッ素樹脂層を有する摺動部材と、
    を備え、
    前記摺動部材の前記摺動面は、印加される圧力が摺動方向に最も高い領域において、当該領域の面積に占める凹部の開口の総面積の割合が他の領域よりも低い、定着装置。
  2. 前記押圧部材は、摺動方向において前記第1回転体に対し突出した突出領域を有し、
    前記摺動部材の前記摺動面は、前記第2回転体の内面と前記押圧部材の前記突出領域の頂点との間に介在する領域において、当該領域の面積に占める凹部の開口の総面積の割合が他の領域よりも低い、請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記摺動部材の前記摺動面は、前記凹部の配列周期が0.2mm以上2.0mm以下であり、隣接した前記凹部と前記凹部との距離が0.3mm以上1.0mm以下であり、前記凹部の1個当たりの開口の面積が7×10−3mm以上3.2mm以下である、請求項1又は請求項2に記載の定着装置。
  4. 前記摺動部材は、前記摺動面に占める前記凹部の開口の総面積の割合が10%以上60%以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の定着装置。
  5. 前記第2回転体の内面の表面粗さRaが0.1μm以上2.0μm以下である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の定着装置。
  6. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、
    帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、
    前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
    前記トナー像を記録媒体に定着する請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の定着装置と、
    を備える画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019101126A (ja) * 2017-11-30 2019-06-24 コニカミノルタ株式会社 画像形成方法
JP2019135535A (ja) * 2018-02-05 2019-08-15 ブラザー工業株式会社 定着装置

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