JP2014089256A - 定着部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】押し出し成形によるフッ素樹脂チューブを被覆した、画像加熱定着装置用の定着部材で、長期使用でもベルト端部起点のフッ素樹脂チューブ剥がれを防止する定着部材を提供する。また、その定着部材を、安定的かつ簡易的に製造するための製造方法を提供する。
【解決手段】定着部材の両端部の弾性層上に、発振波長λが、120nm≦λ≦10600nmの範囲のレーザーを、周方向に少なくとも1か所の隙間を開けて連続的に照射した領域を作成し、その上からフッ素樹脂チューブを被覆する。その結果として、長期使用でもベルト端部起点のフッ素樹脂チューブ剥がれを防止する定着部材を得ることができる。
【選択図】図3
Description
2)それとは別に、弾性層/フッ素樹脂チューブ間の界面に直接接触し、ベルト寄りによる力がかかりやすいベルト端部のチューブ界面起点で発生する場合
特許文献2は前記シワや亀裂の抑制に関しては非常に有効な手法であるが、ベルト端部の弾性層/フッ素樹脂チューブ界面からで発生するチューブ剥がれに関しては、直接抑制効果のある構成ではなかった。
円筒状弾性層と、前記円筒状弾性層の周面を被覆しているフッ素樹脂チューブとを有する、画像定着装置用の定着部材の製造方法であって、
(1)前記円筒状弾性層の両端部における表面に、発振波長λが120nm≦λ≦10600nmの範囲のレーザーを周方向に少なくとも1か所の隙間を開けて連続的に照射したレーザー照射領域を形成する工程と、
(2)前記レーザー照射領域が形成された前記円筒状弾性層の表面に前記フッ素樹脂チューブを接着させるための接着剤層を塗工する工程と、
(3)前記接着剤層が塗工された前記円筒状弾性層に前記フッ素樹脂チューブを被覆する工程と、
(4)前記接着剤層を硬化させ、前記円筒状弾性層と前記フッ素樹脂チューブを固定する工程と、
(5)前記(1)乃至(4)の工程を経て得られた部材を前記レーザー照射領域が両端部になるように切断し定着部材を仕上げる工程と、
を含むことを特徴とする。
(1)画像形成装置例の概略説明
図1は本実施例に用いた画像形成装置の概略の構成模式図である。この画像形成装置1は電子写真方式レーザープリンタであり、潜像を担持する像担持体として感光体ドラム2を備えている。感光体ドラム2は矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動され、その外面が帯電器3によって所定の極性・電位に一様に帯電される。その一様帯電面に対してレーザースキャナ(光学装置)4により画像情報のレーザー走査露光5がなされる。これにより、感光体ドラム2の面には走査露光した画像情報の静電潜像が形成される。
図2は本実施例における画像加熱定着装置Aの概略の構成模式図である。この定着装置Aはツインベルト方式-電磁誘導加熱方式の装置である。
図3の(a)は定着部材である定着ベルト20の層構成を示す断面模式図である。20bは円筒状基体、20aは円筒状基体20bの内周面に配された内面摺動層、20cは円筒状基体20bの外周面を被覆したプライマー層、20dはプライマー層20c上に配された円筒状弾性層である。20fはフッ素樹脂表層としてのフッ素樹脂チューブであり、弾性層20d上にシリコーンゴム接着剤層20eを介して配してある。また、定着ベルト20の両端部の弾性層20dにはレーザー照射領域Lを設けてある。図3の(b)は弾性層20dのレーザー照射領域Lを示した図である。
定着ベルト20には耐熱性が要求される為、円筒状基体20bは、耐熱、耐屈曲性に配慮されたものを用いるのが好ましい。例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅などの金属やそれらの合金、もしくは、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂などの耐熱性樹脂やそれらのポリマーアロイを用いることが出来る。
内面摺動層20aとしては、ポリイミド樹脂のような高耐久性、高耐熱性を持つ樹脂が適している。本実施例では、芳香族テトラカルボン酸二無水物或いはその誘導体と、芳香族ジアミンとの略等モルを有機極性溶媒中で反応させて得られるポリイミド前駆体溶液を、円筒状基体20bの内面に塗工する。そして、乾燥、加熱し、脱水閉環反応により形成したポリイミド樹脂層を形成して内面摺動層20aとした。
弾性層20dは、定着時にトナー画像と用紙の凹凸に対して均一な圧力を与えるために定着部材に担持させる弾性層として機能する。かかる機能を発現させる上で、弾性層20dは、特に限定しないが、加工性を鑑み付加硬化型シリコーンゴムを硬化させたものとすることが好ましい。また、後述するフィラーの種類や添加量に応じて、その架橋度を調整することで、弾性を調整することができるからである。
(b)1分子中にSi−H結合を少なくとも2個以上有する、ハイドロジェンオルガノポリシロキサン(重量平均分子量1500(ポリスチレン換算))
(3−4)プライマー層20c
プライマー処理とは円筒状基体20bと弾性層20dとを接着させるプライマーを、接着性能を発揮しうる状態で基体20bの表面に形成することを指す。
図4は、外周面にプライマー層20cを形成した円筒状基体20b上にシリコーンゴム弾性層(円筒状弾性層)20dを形成する工程の一例であり、所謂リングコート法を用いる方法を説明するための模式図である。
定着部材の表層20fとしては、成形性やトナー離型性の観点から押し出し成形によるフッ素樹脂チューブが使用される。
弾性層20dであるところの硬化シリコーンゴム弾性層上に表層20fであるところのフッ素チューブを固定する接着層20eは、弾性層20dの表面に1〜10μmの厚みで均一に塗布した付加硬化型シリコーンゴム接着剤の硬化物からなっている。そして、付加硬化型シリコーンゴム接着剤20eは、自己接着成分が配合された付加硬化型シリコーンゴムを含む。
定着ベルト20の端部の弾性層20d/フッ素樹脂チューブ20fの界面が起点となるチューブ剥がれを抑制するためには、接着力を上げる必要がある。本発明は、十分な接着力を発現するためにレーザー照射領域Lを定着ベルト両端部に形成し、その結果、ベルト端部からのチューブ剥がれを抑制することを特徴としている。
2)弾性層20dの官能基変化による弾性層20dの表層部分での接着剤保持効果(親水化による接着剤の表面保持、もしくは、架橋構造形成による付加硬化型接着剤の弾性層深部への浸透抑制)
1)の効果は120nm≦λ≦10600nmの範囲内ではどの波長のレーザーを用いても効果が得られ、本発明者らが検討したところ、該レーザー照射領域Lの算術平均粗さRaが0.5μm≦Ra≦10μmの範囲だと接着力がより増加する効果が見られた。
円筒状弾性層のレーザーの照射前における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[Si−O結合に起因する吸収(1020cm−1付近)]/[Si−C結合に起因する吸収(1260cm-1付近)]の強度比をα(before)、
円筒状弾性層のレーザー照射領域Lにおける表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[Si−O結合に起因する吸収(1020cm−1付近)]/[Si−C結合に起因する吸収(1260cm−1付近)]の強度比をα(after)、
としたとき、α(before)<α(after)である。
円筒状弾性層のレーザーの照射前における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[ヒドロキシル結合に起因する吸収(3400cm−1付近)]/[C−F結合に起因する吸収(1210cm−1付近)]の強度比をβ(before)、
円筒状弾性層のレーザー照射領域Lにおける表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[ヒドロキシル結合に起因する吸収(3400cm−1付近)]/[C−F結合に起因する吸収(1210cm−1付近)]の強度比をβ(after)、
としたとき、β(before)<β(after)である。
本実施例1では表層20fとしてのフッ素樹脂チューブを外側から拡張し、接着剤層20eを介して弾性層20dに被覆する方法(拡張被覆法)を用いた。
内周面に内面摺動層20aを施し、外周面にプライマー層20cを施した円筒状基体20bの外周に前述の要領にて弾性層20dとしてシリコーンゴム弾性層を形成する工程である。
シリコーンゴム弾性層20dの所定の部位に所定の形態で前述の要領にてレーザー照射を施す工程である。
レーザー照射を施したシリコーンゴム弾性層20cに前述の要領にて付加硬化型シリコーンゴム接着剤20eを均一に塗布する工程である。
(a)〜(c)の工程で得られた、内面摺動層20a、シリコーンゴム弾性層20、接着剤層20eが施された円筒状基体20bの外径より大きな内径を有する金属製チューブ拡張型Kの内側に表層としてのフッ素樹脂チューブ20fを配置(挿入)する。そして、フッ素樹脂チューブ20fの両端を保持部材FuとFlを用いて保持する。
次に、フッ素樹脂チューブ20fの外表面と拡張型Kの内面の隙間aの部分を真空状態(大気圧に対して負圧)にする。真空(5kPa)になったことでフッ素樹脂チューブ20fが拡張(拡径)して、フッ素樹脂チューブ20fの外表面が拡張型Kの内面に密着する。
中子(不図示)に、(a)〜(c)の工程で得られた、内面摺動層20a、シリコーンゴム弾性層20、接着剤層20eが施された円筒状基体20bをセットし、上記(e)の拡張型Kにより拡径されている状態のフッ素樹脂チューブ20f内に挿入する。
上記(f)の挿入後、フッ素樹脂チューブ20fの外表面と拡張型Kの内面の隙間の部分の真空状態(大気圧に対して負圧)を破壊(大気圧に対して負圧を解除)する。真空が破壊されることで、フッ素樹脂チューブ20fは、シリコーンゴム弾性層20dの積層された円筒状基体20bの外径と同じ大きさまで拡径が解かれる。これにより、フッ素樹脂チューブ20fとシリコーンゴム弾性層20dの表面は接着剤層20eを介して密着した状態になる。
拡張型Kからシリコーンゴム弾性層20dの表面にフッ素樹脂チューブ20fが被覆された円筒状基体20bを抜き出す。弾性層20dとフッ素樹脂チューブ20fの間には、接着に寄与しない余剰な付加硬化型シリコーンゴム接着剤20eと、被覆時に巻き込んでしまった空気が存在する。そのため、この余剰な接着剤と空気を扱き出すための扱き工程が必要である。
上記(h)の扱き工程後、加熱処理(電気炉で200℃、30分加熱)を行うことで、付加硬化型シリコーンゴム接着剤20eを硬化させ、フッ素樹脂チューブ20fと弾性層20dを全域にわたって固定させた。
加熱処理後、自然冷却してから、レーザー照射部Lが定着部材の両端部にくるように所定の長さで切断してから研磨し、定着ベルト20を完成させた。
実施例1に対する比較例として、他の層構成の作製条件が等しく、フッ素樹脂チューブ20fの被覆工程のみを表1のように「レーザー照射(の有無や範囲)」「接着剤量」をそれぞれ変更して比較例1−1乃至1−3の定着ベルトを前記の拡張被覆法にて作製した。
マイクロメータ『高精度デジマチックマイクロメータMDH−25M;ミツトヨ製』にて、定着ベルト両端部から20mmの位置のベルト厚みを計測し、MAX値−MIN値を算出した。ここで、20mmの位置は、レーザー照射を行っている実施例1、比較例1−3にとっては、レーザー照射部に隣接する位置となっており、前記(h)の扱き工程で接着剤が残存している可能性が高い領域である。結果を表1に併せて記載する。
弾性層20dとフッ素樹脂チューブ20fとの接着性をピーリング測定機『縦型自動計測MV−1000N;イマダ製』を用いて評価した。
実施例1において、フッ素樹脂チューブ20fの被覆工程を変更したこと以外は、同仕様で定着ベルト20を作製した。
本実施例2では、弾性層20dに対するフッ素樹脂チューブ20fの被覆を、付加硬化型シリコーンゴム接着剤20eを潤滑材として行なう方法(潤滑被覆法)を用いた。
中子(不図示)に、(a)〜(c)の工程で得られた、内面摺動層20a、シリコーンゴム弾性層20、接着剤層20eが施された円筒状基体20bをセットし、その円筒状基体20bに対して表層となるフッ素樹脂チューブ20fを被せて(外嵌して)被覆する。
シリコーンゴム弾性層20dの積層された円筒状基体20bの片端部のレーザー照射領域Lにおいてフッ素樹脂チューブ20fの外側から金属塊Mで押圧加熱して接着剤20eを硬化させる。これにより、フッ素樹脂チューブ20fとシリコーンゴム弾性層20dとの片端部(一端側)を固定する。
その後、接着層20eの厚みを調整するために、硬化シリコーンゴム弾性層20dとフッ素樹脂チューブ20fとの間に残った、余剰の付加硬化型シリコーンゴム接着剤を、エアー噴出リングRで扱き出すことで除去する。その際に、扱き出す工程と伸張する工程を同時に行うこともできる。
そして、チューブ別片端部(他端側)を前記(e)のチューブ上固定と同様に押圧加熱で固定する。固定化する両端部の位置は定着ベルトとして使用する際の通紙領域以外の部位を適宜選択する。
次に、電気炉などの加熱手段にて所定の時間加熱することで、付加硬化型シリコーンゴム接着剤20eを硬化させ、フッ素樹脂チューブ20fとシリコーンゴム弾性層20dの全域を固定する。
最後に、両端部を所望の長さに切断することで、本発明の定着部材としての定着ベルト20を得ることが出来る。
実施例2に対する比較例として、他の層構成の作製条件が等しく、フッ素樹脂チューブ20fの被覆工程のみを表1のように「レーザー照射(の有無や範囲)」「接着剤量」をそれぞれ変更して比較例2−1乃至2−3の定着ベルトを前記の拡張被覆法にて作製した。
実施例1の(6)と同様の方法で厚み測定を行った。結果を表2に併せて記載する。周方向に隙間aを入れてレーザー照射領域Lを設けてある実施例2は、レーザーを照射していない比較例2−1、比較例2−2と同程度の13μm付近の厚みムラしかなく、精度のよい定着ベルトに仕上がった。
実施例1の(7)と同様の方法で接着性試験を行った。結果を表2に併せて示す。実施例2に関しては、6.8Nのピーリング強度を示し、弾性層20dとフッ素樹脂チューブ20fが強固に接着されていることが確認された。
(1)実施例1、2においては、画像加熱定着装置用の定着部材として、記録材の画像担持面に当接して画像を加熱する加熱手段としての加熱部材20について説明した。加熱部材20と定着ニップ40を形成するもう一方の定着部材である加圧部材30についても、円筒状弾性層と、その円筒状弾性層の周面を被覆しているフッ素樹脂チューブとを有する構成のものである場合には本発明を適用することで同様の効果が得られる。
Claims (10)
- 円筒状弾性層と、前記円筒状弾性層の周面を被覆しているフッ素樹脂チューブとを有する、画像加熱定着装置用の定着部材であって、
前記定着部材の両端部における前記円筒状弾性層の表面には、発振波長λが120nm≦λ≦10600nmの範囲のレーザーが周方向に少なくとも1か所の隙間を開けて連続的に照射されたレーザー照射領域が形成されており、その上から前記フッ素樹脂チューブが被覆されていることを特徴とすることを特徴とする定着部材。 - 前記円筒状弾性層の表面の初期粗さをRa(before)、
前記レーザー照射領域における前記円筒状弾性層の表面の粗さをRa(after)、
としたとき、Ra(before)<Ra(after)、であることを特徴とする請求項1に記載の定着部材。 - 前記Ra(after)が0.5μm≦Ra(after)≦10μmであることを特徴とする請求項2に記載の定着部材。
- 前記円筒状弾性層にシリコーンゴムを使用した場合であって、
前記円筒状弾性層の前記レーザーの照射前における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[Si−O結合に起因する吸収(1020cm−1付近)]/[Si−C結合に起因する吸収(1260cm−1付近)]の強度比をα(before)、
前記円筒状弾性層の前記レーザー照射領域における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[Si−O結合に起因する吸収(1020cm−1付近)]/[Si−C結合に起因する吸収(1260cm−1付近)]の強度比をα(after)、
としたとき、α(before)<α(after)、であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の定着部材。 - 前記円筒状弾性層にフッ素ゴムを使用した場合であって、
前記円筒状弾性層の前記レーザーの照射前における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[ヒドロキシル結合に起因する吸収(3400cm−1付近)]/[C−F結合に起因する吸収(1210cm−1付近)]の強度比をβ(before)、
前記円筒状弾性層の前記レーザー照射領域における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[ヒドロキシル結合に起因する吸収(3400cm−1付近)]/[C−F結合に起因する吸収(1210cm−1付近)]の強度比をβ(after)、
としたとき、β(before)<β(after)、であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の定着部材。 - 円筒状弾性層と、前記円筒状弾性層の周面を被覆しているフッ素樹脂チューブとを有する、画像加熱定着装置用の定着部材の製造方法であって、
(1)前記円筒状弾性層の両端部における表面に、発振波長λが120nm≦λ≦10600nmの範囲のレーザーを周方向に少なくとも1か所の隙間を開けて連続的に照射したレーザー照射領域を形成する工程と、
(2)前記レーザー照射領域が形成された前記円筒状弾性層の表面に前記フッ素樹脂チューブを接着させるための接着剤層を塗工する工程と、
(3)前記接着剤層が塗工された前記円筒状弾性層にフッ素樹脂チューブを被覆する工程と、
(4)前記接着剤層を硬化させ、前記円筒状弾性層と前記フッ素樹脂チューブを固定する工程と、
(5)前記(1)乃至(4)の工程を経て得られた部材を前記レーザー照射領域が両端部になるように切断し定着部材を仕上げる工程と、
を含むことを特徴とする定着部材の製造方法。 - 前記円筒状弾性層の表面の初期粗さをRa(before)、
前記レーザー照射領域における前記円筒状弾性層の表面の粗さをRa(after)、
としたとき、Ra(before)<Ra(after)、であることを特徴とする請求項6に記載の定着部材の製造方法。 - 前記Ra(after)が、0.5μm≦Ra(after)≦10μm、であることを特徴とする請求項7に記載の定着部材の製造方法。
- 前記円筒状弾性層にシリコーンゴムを使用した場合であって、
前記円筒状弾性層の前記レーザーの照射前における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[Si−O結合に起因する吸収(1020cm−1付近)]/[Si−C結合に起因する吸収(1260cm−1付近)]の強度比をα(before)、
前記円筒状弾性層の前記レーザー照射領域における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[Si−O結合に起因する吸収(1020cm−1付近)]/[Si−C結合に起因する吸収(1260cm−1付近)]の強度比をα(after)、
としたとき、α(before)<α(after)、であることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一項に記載の定着部材の製造方法。 - 前記円筒状弾性層にフッ素ゴムを使用した場合であって、
前記円筒状弾性層の前記レーザーの照射前における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[ヒドロキシル結合に起因する吸収(3400cm−1付近)]/[C−F結合に起因する吸収(1210cm−1付近)]の強度比をβ(before)、
前記円筒状弾性層の前記レーザー照射領域における表面に関して、赤外分光光度計(FT−IR)で測定した、[ヒドロキシル結合に起因する吸収(3400cm−1付近)]/[C−F結合に起因する吸収(1210cm−1付近)]の強度比をβ(after)、
としたとき、β(before)<β(after)、であることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一項に記載の定着部材の製造方法。
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