JP2014145840A - 定着装置用摺動部材、定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

定着装置用摺動部材、定着装置、及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】使用に伴う摩擦係数の上昇が起こり難い定着装置用摺動部材の提供。
【解決手段】摺動面側に摺動方向の上流側から順に連続して、第一のフッ素樹脂繊維層と、隔壁又は溝と、第二のフッ素樹脂繊維層と、フッ素樹脂層と、を有する定着装置用摺動部材。
【選択図】図1

Description

本発明は、定着装置用摺動部材、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、表面に凹凸を有する基材上にフッ素樹脂の非多孔質状シートが設けられたシート状摺動部材(例えば、特許文献1)や、厚い部分と薄い部分を繰り返し有する摺動シート(例えば、特許文献2)が知られている。
特開2010−211220号公報 特開2009−015227号公報
本発明は、使用に伴う摩擦係数の上昇が起こり難い定着装置用摺動部材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、
摺動面側に摺動方向の上流側から順に連続して、第一のフッ素樹脂繊維層と、隔壁又は溝と、第二のフッ素樹脂繊維層と、フッ素樹脂層と、を有する定着装置用摺動部材。
請求項2に係る発明は、
摺動面側に、前記フッ素樹脂層の摺動方向の下流側に連続して、さらに第三のフッ素樹脂繊維層を有する、請求項1に記載の定着装置用摺動部材。
請求項3に係る発明は、
前記隔壁がフッ素樹脂を含有する層である、請求項1又は請求項2に記載の定着装置用摺動部材。
請求項4に係る発明は、
前記フッ素樹脂層は、摺動面に凹部が点在している、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の定着装置用摺動部材。
請求項5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する摺動部材であって、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の定着装置用摺動部材と、を備える定着装置。
請求項6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5に記載の定着装置。
請求項7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5又は請求項6に記載の定着装置と、を備える画像形成装置。
請求項1に係る発明によれば、前記構成から外れる場合に比べ、使用に伴う摩擦係数の上昇が起こり難い定着装置用摺動部材が提供される。
請求項2に係る発明によれば、前記第三のフッ素樹脂繊維層を有しない場合に比べ、潤滑剤の供給機能に優れる定着装置用摺動部材が提供される。
請求項3に係る発明によれば、前記隔壁がフッ素樹脂を含有する層でない場合に比べ、耐熱性と摩擦係数の低さとを備えた定着装置用摺動部材が提供される。
請求項4に係る発明によれば、前記フッ素樹脂層の摺動面に凹部が点在していない場合に比べ、摩擦係数が低い定着装置用摺動部材が提供される。
請求項5に係る発明によれば、前記構成から外れる定着装置用摺動部材を備える場合に比べ、長寿命化が達成された定着装置が提供される。
請求項6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保持性が向上した定着装置が提供される。
請求項7に係る発明によれば、前記構成から外れる定着装置用摺動部材を備える場合に比べ、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用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用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用摺動部材の層構成の例を示す概略断面図である。 本実施形態に係る定着装置用摺動部材の層構成の別の例を示す概略断面図である。 本実施形態に係る定着装置用摺動部材の層構成の別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用摺動部材、定着装置、及び画像形成装置について詳細に説明する。
<定着装置用摺動部材>
本実施形態に係る定着装置用摺動部材(「摺動部材」とも称する。)は、例えば、電子写真方式の画像形成装置における定着装置に備える摺動部材として用いられる。本実施形態に係る摺動部材は、例えば、潤滑剤(オイル)を含まない状態で定着装置に装着され、該定着装置の稼働に伴い、該摺動部材の摺動面に、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。
以下、本発明の一例である実施形態について図面を参照しつつ、説明する。
図1は、本実施形態に係る摺動部材の摺動面の構成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2は、本実施形態に係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って、摺動面を平面視した図面である。
図1に示す摺動部材101Aは、摺動面130の側に、摺動方向の上流側から順に連続して、第一のフッ素樹脂繊維層121と、隔壁124又は溝125と、第二のフッ素樹脂繊維層122と、フッ素樹脂層112とを有する。
図2に示す摺動部材101Bは、摺動面130の側に、摺動方向の上流側から順に連続して、第一のフッ素樹脂繊維層121と、隔壁124又は溝125と、第二のフッ素樹脂繊維層122と、フッ素樹脂層112と、第三のフッ素樹脂繊維層123とを有する。 摺動部材101A及び摺動部材101Bは、フッ素樹脂層112の摺動面に凹部116が点在している態様を示しているが、凹部116は設けられていなくてもよい。
第一のフッ素樹脂繊維層121は、ベルトの回転に伴い発生する摩耗粉などを吸着する目的で設けられる。
第一のフッ素樹脂繊維層121は、摺動部材101A及び摺動部材101Bにおいて、摺動方向の最上流に位置することが望ましい。
隔壁124又は溝125は、第一のフッ素樹脂繊維層121と第二のフッ素樹脂繊維層122とを分離する目的で設けられる。
隔壁124及び溝125は、摺動方向の上流側に第一のフッ素樹脂繊維層121が隣接し、摺動方向の下流側に第二のフッ素樹脂繊維層122が隣接する。
本実施形態に係る摺動部材において、隔壁と溝とは以下のとおり区別される。
摺動面を上にして摺動部材を見た際に、第一のフッ素樹脂繊維層の摺動方向下流に隣接した部位の露出面が、第一のフッ素樹脂繊維層の下面(底面)よりも上にある場合、前記部位を隔壁と言う。前記部位の露出面は、第一のフッ素樹脂繊維層の上面(露出面)に対して、同じ高さにあってもよく、下にあってもよく、上にあってもよい。
一方、第一のフッ素樹脂繊維層の摺動方向下流に隣接した部位の露出面が、第一のフッ素樹脂繊維層の下面(底面)と同じ高さにある場合、又は、第一のフッ素樹脂繊維層の下面(底面)よりも下にある場合、前記部位を溝と言う。
第二のフッ素樹脂繊維層122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)を供給する目的で設けられる。
第二のフッ素樹脂繊維層122は、隔壁124又は溝125の摺動方向の下流側に、隔壁124又は溝125に隣接して設けられる。
フッ素樹脂層112は、ベルト・ニップ方式の定着装置に装着された際にニップが形成される領域である。
フッ素樹脂層112は、第二のフッ素樹脂繊維層122の摺動方向の下流側に、第二のフッ素樹脂繊維層122に隣接して設けられる。
フッ素樹脂層112の摺動面に点在する凹部116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る。
第三のフッ素樹脂繊維層123は、潤滑剤(オイル)を保持し被摺動部材の被摺動面に潤滑剤(オイル)を付与する目的で設けられる。
第三のフッ素樹脂繊維層123は、フッ素樹脂層112の摺動方向の下流側に、フッ素樹脂層112に隣接して設けられる。
第三のフッ素樹脂繊維層123は、摺動部材101Bにおいて、摺動方向の最下流に位置することが望ましい。
本実施形態に係る摺動部材101A及び摺動部材101Bは、摺動面側に摺動方向の上流側から順に連続して、第一のフッ素樹脂繊維層121と、隔壁124又は溝125と、第二のフッ素樹脂繊維層122と、フッ素樹脂層112とを有することにより、使用に伴う摩擦係数の上昇が起こり難い。この理由は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対向する回転体(ロール又はベルト)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、従来、フッ素樹脂層を摺動面に有する摺動部材が知られている。
さらに上記の定着装置では、摺動部材の摺動方向上流に、摺動部材とは独立して、クリーニング部材をベルトの内周面に接触させて設ける技術が知られている。このクリーニング部材は、摺動部材とベルトとが摺動を繰り返すことで発生する摩耗粉や、定着装置内で発生してベルトの内周面に付着する付着物(これらをまとめて「摩耗粉など」という)を吸着する目的で設けられる。クリーニング部材のベルト内周面に接触する面は、例えば、フッ素樹脂繊維の不織布で構成される。
上記の定着装置を小型化するには、クリーニング部材と摺動部材とを一体化して、摺動方向上流側にクリーニング部位を有し、摺動方向下流側にフッ素樹脂層を有する摺動部材とすることが考えられる。
しかし、クリーニング部位とフッ素樹脂層とを連続して一体化した場合、クリーニング部位に吸着された摩耗粉などが、摺動方向の下流であるフッ素樹脂層へと押し流され易い。そのため、摩耗粉などによってフッ素樹脂層の摺動面が摩耗され易く、その結果、摺動部材は、使用に伴う摩擦係数の上昇が起こり易いと考えられる。
これに対して、本実施形態に係る摺動部材101A及び摺動部材101Bは、摺動面130側に摺動方向の上流側から順に、第一のフッ素樹脂繊維層121と第二のフッ素樹脂繊維層122とを備え、しかも、これらが隔壁124又は溝125によって分離されている摺動部材である。
第一のフッ素樹脂繊維層121に吸着された摩耗粉などは、隔壁124又は溝125によって、第二のフッ素樹脂繊維層122及びフッ素樹脂層112へと押し流されることが抑制される。そして、フッ素樹脂層112の摺動方向上流側に隣接して存在する第二のフッ素樹脂繊維層122によって、フッ素樹脂層112の摺動面に効率的に潤滑剤が供給される。その結果、本実施形態に係る摺動部材101A及び摺動部材101Bは、摺動面が摩耗し難く、使用に伴う摩擦係数の上昇が起こり難いと考えられる。
さらに、摺動部材101Bは、第三のフッ素樹脂繊維層123を有することにより、摺動部材101Aに比べて、潤滑剤(オイル)の供給機能に優れると考えられる。
〔摺動部材の層構成〕
以下、図3乃至図5を参照して、本実施形態に係る摺動部材の層構成について説明する。図3乃至図5は、本実施形態に係る摺動部材の層構成の例を示す概略断面図であり、図2に示す摺動部材101Bの摺動方向且つ厚さ方向の断面図である。
図3乃至図5に示す摺動部材101a乃至摺動部材101hは、フッ素樹脂層112の摺動面に凹部116が点在している態様を示しているが、凹部116は設けられていなくてもよい。
なお、摺動部材101a乃至摺動部材101hにおいて、厚さ方向に積層した層間を接着するための接着層は図示していない。
図3(A)に示される摺動部材101aは、フッ素樹脂層112と、フッ素樹脂層112上に設けられた、第一のフッ素樹脂繊維層121、隔壁124、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123で構成されている。
図3(B)に示される摺動部材101bは、フッ素樹脂層112と、フッ素樹脂層112上に設けられた、第一のフッ素樹脂繊維層121、溝125、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123で構成されている。
図3(C)に示される摺動部材101cは、基体110と、基体110上に設けられたフッ素樹脂層112と、フッ素樹脂層112上に設けられた、第一のフッ素樹脂繊維層121、隔壁124、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123で構成されている。
図3(D)に示される摺動部材101dは、基体110と、基体110上に設けられたフッ素樹脂層112と、フッ素樹脂層112上に設けられた、第一のフッ素樹脂繊維層121、溝125、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123で構成されている。
摺動部材101a及び摺動部材101bにおいて、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自体の変形を抑制するに十分な厚さを有する。第一のフッ素樹脂繊維層121、隔壁124、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123は、フッ素樹脂層112で支持されている。
摺動部材101a及び摺動部材101bにおいて、凹部116は、フッ素樹脂層112の露出部に設けられた、該層を厚さ方向に貫通しない穴(凹部)により構成されている。
摺動部材101c及び摺動部材101dにおいて、フッ素樹脂層112は、基体110で支持されており、被摺動部材との摺動に伴う変形が抑制される。第一のフッ素樹脂繊維層121、隔壁124、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123は、フッ素樹脂層112で支持されている。
摺動部材101c及び摺動部材101dにおいて、凹部116は、例えば、フッ素樹脂層112の露出部に設けられた、該層を厚さ方向に貫通しない穴(凹部)により構成されていてよい。ほかに凹部116は、例えば、フッ素樹脂層112の露出部に設けられた、該層を厚さ方向に貫通する貫通穴と、基体110の表面とにより構成されていてよい。
摺動部材101b及び摺動部材101dにおいて、溝125は、例えば、第一のフッ素樹脂繊維層121の下流側の側面と、第二のフッ素樹脂繊維層122の上流側の側面と、フッ素樹脂層112の表面とにより構成されていてよい。
ほかに、摺動部材101b及び摺動部材101dにおいて、溝125は、例えば、第一のフッ素樹脂繊維層121の下流側の側面と、第二のフッ素樹脂繊維層122の上流側の側面と、フッ素樹脂層112を厚さ方向に貫通しない溝とにより構成されていてよい。
ほかに、摺動部材101dにおいて、溝125は、例えば、第一のフッ素樹脂繊維層121の下流側の側面と、第二のフッ素樹脂繊維層122の上流側の側面と、フッ素樹脂層112を厚さ方向に貫通する溝と、基体110の表面とにより構成されていてよい。
図4(A)に示される摺動部材101eは、フッ素樹脂層112と、フッ素樹脂層112上に設けられた、第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123で構成されている。
図4(B)に示される摺動部材101fは、基体110と、基体110上に設けられたフッ素樹脂層112と、フッ素樹脂層112上に設けられた、第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123で構成されている。
摺動部材101e及び摺動部材101fにおいて、隔壁124は、第一のフッ素樹脂繊維層121と第二のフッ素樹脂繊維層122との間に挟まれて存在する、フッ素樹脂層112の一部である。
摺動部材101eにおいて、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自体の変形を抑制するに十分な厚さを有する。第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123は、フッ素樹脂層112で支持されている。
摺動部材101fにおいて、フッ素樹脂層112は、基体110で支持されており、被摺動部材との摺動に伴う変形が抑制される。第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123は、フッ素樹脂層112で支持されている。
摺動部材101eにおいて、凹部116は、フッ素樹脂層112の露出部に設けられた、該層を厚さ方向に貫通しない穴(凹部)により構成されている。
摺動部材101fにおいて、凹部116は、例えば、フッ素樹脂層112の露出部に設けられた、該層を厚さ方向に貫通しない穴(凹部)により構成されていてよい。ほかに凹部116は、例えば、フッ素樹脂層112の露出部に設けられた、該層を厚さ方向に貫通する貫通穴と、基体110の表面とにより構成されていてよい。
摺動部材101e及び摺動部材101fにおいて、隔壁124の代わりに溝を設けてもよい。この場合、第一のフッ素樹脂繊維層121と第二のフッ素樹脂繊維層122との間には、フッ素樹脂層112の一部を存在させない。さらに、フッ素樹脂層112に溝を形成してもよい。
図5(A)に示される摺動部材101gは、基体110と、基体110上に設けられた、第一のフッ素樹脂繊維層121、隔壁124、第二のフッ素樹脂繊維層122、フッ素樹脂層112、及び第三のフッ素樹脂繊維層123で構成されている。
図5(B)に示される摺動部材101hは、基体110と、基体110上に設けられた、第一のフッ素樹脂繊維層121、溝125、第二のフッ素樹脂繊維層122、フッ素樹脂層112、及び第三のフッ素樹脂繊維層123で構成されている。
摺動部材101g及び摺動部材101hにおいて、フッ素樹脂層112は、基体110で支持されており、被摺動部材との摺動に伴う変形が抑制される。第一のフッ素樹脂繊維層121、隔壁124、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123も、基体110で支持されている。
摺動部材101g及び摺動部材101hにおいて、凹部116は、例えば、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)により構成されていてよい。ほかに凹部116は、例えば、フッ素樹脂層112を厚さ方向に貫通する貫通穴と、基体110の表面とにより構成されていてよい。
摺動部材101hにおいて、溝125は、例えば、第一のフッ素樹脂繊維層121の下流側の側面と、第二のフッ素樹脂繊維層122の上流側の側面と、基体110の表面とにより構成されていてよい。
摺動部材101a乃至摺動部材101hにおいて、第三のフッ素樹脂繊維層123、及び該層が積層された部位のフッ素樹脂層112及び基体110はなくてもよい。この場合の摺動部材は、図1に示した摺動部材101Aに相当する。
摺動部材101c、摺動部材101d、摺動部材101f、摺動部材101g及び摺動部材101hは、摺動部材の製造の際の熱による変形(例えば、湾曲や巻き等)を抑制する観点から、基体110のもう一方の面に、該面全体にわたって、第二のフッ素樹脂層(不図示)を有していてもよい。
以下、摺動部材101a乃至摺動部材101h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。
以下において、各層、隔壁及び溝の「摺動方向の長さ」とは、露出面の長さを意味する。
〔フッ素樹脂層〕
フッ素樹脂層112は、主成分としてフッ素樹脂を含む非繊維層であり、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(PTFE)、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。
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。)を主成分として含む層であることが望ましい。
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、又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、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、20μm以上500μm以下が望ましく、より望ましくは50μm以上400μm以下である。
本実施形態に係る摺動部材が、基体110を備えない場合、フッ素樹脂層112の厚さは、形状保持性や耐久性などの観点から、200μm以上400μm以下が望ましい。
〔フッ素樹脂繊維層〕
第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123は、フッ素樹脂繊維の不織布又は織布であり、シート状である。
フッ素樹脂繊維としては、例えば、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のフッ素樹脂の繊維;ガラス繊維の表面にフッ素樹脂を被覆した繊維;などが挙げられる。
第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123は、同じ材料で構成されていてもよく、それぞれ別の材料で構成されていてもよい。
第一のフッ素樹脂繊維層121の摺動方向の長さは、摩耗粉などを効率よく吸着する観点から、1mm以上が望ましく、3mm以上がより望ましく、フッ素樹脂層112の長さ(即ち、ニップが形成される領域)を確保する観点から、20mm以下が望ましい。
第二のフッ素樹脂繊維層122の摺動方向の長さは、潤滑剤の供給機能の観点から、1mm以上が望ましく、3mm以上がより望ましく、フッ素樹脂層112の長さ(即ち、ニップが形成される領域)を確保する観点から、20mm以下が望ましい。
第三のフッ素樹脂繊維層123の摺動方向の長さは、潤滑剤の供給機能の観点から、1mm以上が望ましく、3mm以上がより望ましく、フッ素樹脂層112の長さ(即ち、ニップが形成される領域)を確保する観点から、20mm以下が望ましい。
摺動部材101a乃至摺動部材101fにおいては、第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123の各厚さは、10μm以上200μm以下が望ましく、より望ましくは50μm以上150μm以下である。
摺動部材101g及び摺動部材101hにおいては、第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123の各厚さは、フッ素樹脂層112の厚さと同じにしてよい。また、摺動部材を定着装置に装着した際には、第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123は厚さ方向に圧縮され薄くなる場合があるので、これら各層はフッ素樹脂層112よりも厚くしてよい。例えば、フッ素樹脂層112の厚さの1.0倍以上1.5倍以下にしてよい。
〔隔壁〕
隔壁124は、例えば、樹脂を主成分として含む層である。
隔壁124は、望ましくは、主成分としてフッ素樹脂を含む非繊維のフッ素樹脂層であり、充填材等の添加物を含んでもよい。この場合、フッ素樹脂及び充填材の詳細及び望ましい態様は、フッ素樹脂層112と同じである。
隔壁124は、摺動面に隔壁を設ける加工の容易性の観点から、摺動方向に直交する方向に平行な直線状の隔壁が望ましい。
隔壁124の高さ方向(摺動部材の厚さ方向)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。
隔壁124の摺動方向の長さは、摩耗粉などの摺動方向下流への流出を効率よく抑制する観点と、隔壁の強度を確保する観点から、1mm以上が望ましく、2mm以上がより望ましい。一方、第一のフッ素樹脂繊維層121と第二のフッ素樹脂繊維層122の摺動方向の各長さを確保する観点から、10mm以下が望ましい。
摺動部材101a及び摺動部材101cにおいて、隔壁124の高さ(第一のフッ素樹脂繊維層の下面(底面)から、隔壁の露出面までの、摺動部材の厚さ方向の長さ)は、摩耗粉などの摺動方向下流への流出を効率よく抑制する観点から、第一のフッ素樹脂繊維層121の厚さの少なくとも0.5倍以上であることが望ましい。一方、摺動部材の摺動面の段差を抑える観点からは、高過ぎないことが望ましい。
隔壁124の高さは、例えば、15μm以上200μm以下が望ましい。
摺動部材101e、摺動部材101f及び摺動部材101gにおいて、隔壁124の高さは、摩耗粉などの摺動方向下流への流出を効率よく抑制する観点から、第一のフッ素樹脂繊維層121の厚さの少なくとも0.5倍以上であることが望ましい。一方、摺動部材の摺動面の段差を抑える観点からは、高すぎないことが望ましい。
〔溝〕
溝125は、摺動面に溝を設ける加工の容易性の観点から、摺動方向に直交する方向に平行な直線状の溝が望ましい。
溝125の深さ方向(摺動部材の厚さ方向)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。
溝125の摺動方向の長さは、摩耗粉などの摺動方向下流への流出を効率よく抑制する観点から、1mm以上が望ましい。一方、摺動部材の強度を確保する観点や、摺動部材の変形を抑制する観点から、5mm以下が望ましい。
摺動部材101b及び摺動部材101dにおいて、溝125の底部は、フッ素樹脂層112の表面であってよい。摩耗粉などの摺動方向下流への流出を効率よく抑制する観点から溝125を深くする場合、フッ素樹脂層112に溝を設けてもよいが、摺動部材の変形を抑制する観点からは溝は深過ぎないことが望ましい。
摺動部材101hにおいて、溝125の底部は、基体110の表面であってよい。
〔基体〕
基体110は、シート状であり、例えば、樹脂材料を含み、充填材等の添加剤を含んでもよい。
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。
〔第二のフッ素樹脂層〕
摺動部材101c、摺動部材101d、摺動部材101f、摺動部材101g及び摺動部材101hは、摺動部材の製造の際の熱による変形(例えば、湾曲や巻き等)を抑制する観点から、基体110のもう一方の面に、該面全体にわたって、第二のフッ素樹脂層(不図示)を有していてもよい。
第二のフッ素樹脂層は、主成分としてフッ素樹脂を含む層であり、充填材等の添加物を含んでもよい。
第二のフッ素樹脂層を構成する樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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。
摺動部材の耐久性の観点からは、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、架橋PTFEを主成分として含む層であることがより望ましい。
摺動部材の耐久性と製造コストの両立の観点からは、架橋されていないフッ素樹脂を主成分として含む層が望ましく、架橋されていないPTFEを主成分として含むフッ素樹脂層であることがより望ましい。
充填剤の種類、平均粒径、及び含有量としては、フッ素樹脂層112について挙げたものが例示される。
第二のフッ素樹脂層の厚さは、摺動部材の製造の際の熱による変形(例えば、湾曲や巻き等)を効率よく抑制する観点から、フッ素樹脂層112の厚さの0.8倍以上1.2倍以下が望ましく、0.9倍以上1.1倍以下がより望ましい。
〔接着層〕
摺動部材の厚さ方向に積層された各層間には、一つの層と別の層と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。
本実施形態に係る摺動部材が、基体110を有し、フッ素樹脂層112に凹部116として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。
接着シートとしては、融点以上に加熱することで熱融着を起こし、積層された各層間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。
接着シートの厚さは、10μm以上30μm以下が望ましい。
〔フッ素樹脂層に点在する凹部〕
以下、フッ素樹脂層112に点在する凹部116について説明する。
凹部116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る。
−凹部の配列パターン−
凹部116は、フッ素樹脂層112の摺動面に、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、特に制限されるものではなく、例えば、格子や面心状の格子を単位とする配列パターンが挙げられる。格子は、正方形、長方形、菱形、その他の平行四辺形のいずれでもよい。面心状の格子とは、平行四辺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。平行四辺形には、言うまでもないが、正方形、長方形、菱形が含まれる。
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。
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、隣接した凹部と凹部との距離が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116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116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116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。
フッ素樹脂層112の摺動面に占める凹部116の開口の総面積(個々の凹部の開口の面積の総計)の割合は、潤滑剤(オイル)の保持・供給機能を確保しつつ、摺動面の耐摩耗性に優れる観点から、10%以上60%以下が望ましく、15%以上40%以下がより望ましい。
凹部116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、隣接した凹部間の距離が前記範囲で、且つ、凹部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。
フッ素樹脂層112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。
フッ素樹脂層112は、摺動面に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。
〔摺動部材の製造方法〕
図3乃至図5に示される摺動部材101a乃至摺動部材101hの製造方法の例を説明する。
まず、基体110となるシートと、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートと、第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123となるフッ素樹脂繊維シートと、隔壁124となるフッ素樹脂シートとを準備する。
さらに、シートを貼り合せるために使用する、接着剤(例えば、耐熱性シリコーン樹脂やエポキシ系樹脂など)又は接着シート(例えば、フッ素系接着シート)を準備する。
摺動部材101aは、例えば、以下の工程を経て製造される。
フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートの一方の面に、第一のフッ素樹脂繊維層121となるフッ素樹脂繊維シート、隔壁124となるフッ素樹脂シート、第二のフッ素樹脂繊維層122となるフッ素樹脂繊維シート、及び第三のフッ素樹脂繊維層123となるフッ素樹脂繊維シートとを、フッ素系接着シートを間に介して配置し、三層の積層体(第一のフッ素樹脂繊維層121となるフッ素樹脂繊維シートなど/フッ素系接着シート/フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シート)とする。
そして、この積層体の上下から圧力と熱を加えることにより、第一のフッ素樹脂繊維層121となるフッ素樹脂繊維シートなどと、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートとを貼り合せる。この貼り合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。
次に、下記の方法で、凹部116を形成する。
まず、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートの露出部(フッ素樹脂繊維シートなどが積層されていない部分)に相当する大きさの押付面を備え、該押付面に凸部を有する金型を準備する。
そして、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートの前記露出部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。
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。
摺動部材101bは、摺動部材101aの製造方法と同様にして、但し、隔壁124となるフッ素樹脂シートを配置せず、第一のフッ素樹脂繊維層121となるフッ素樹脂繊維シートと、第二のフッ素樹脂繊維層122となるフッ素樹脂繊維シートとの間に隙間を設けて配置して製造される。
摺動部材101bにおいては、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートの、溝125の底部となる部位に、厚さ方向に貫通しない溝を予め設けてもよい。
摺動部材101cは、摺動部材101aの製造方法と同様にして、但し、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートのもう一方の面に、基体110となるシートをフッ素系接着シートを間に介して積層して五層の積層体(第一のフッ素樹脂繊維層121となるフッ素樹脂繊維シートなど/フッ素系接着シート/フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シート/フッ素系接着シート/基体110となるシート)とし、これを貼り合せて製造される。
摺動部材101dは、摺動部材101cの製造方法と同様にして、但し、隔壁124となるフッ素樹脂シートを配置せず、第一のフッ素樹脂繊維層121となるフッ素樹脂繊維シートと、第二のフッ素樹脂繊維層122となるフッ素樹脂繊維シートとの間に隙間を設けて配置して製造される。
摺動部材101dにおいては、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートの、溝125の底部となる部位に、厚さ方向に貫通しない溝、又は厚さ方向に貫通した溝を予め設けてもよい。
摺動部材101eは、例えば、以下の工程を経て製造される。
フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートの一方の面に、第一のフッ素樹脂繊維層121となるフッ素樹脂繊維シート、第二のフッ素樹脂繊維層122となるフッ素樹脂繊維シート、及び第三のフッ素樹脂繊維層123となるフッ素樹脂繊維シートを埋設するための段差を形成する。そして、これらのフッ素樹脂繊維シートを、フッ素系接着シートを間に介して前記段差に配置し、その後、上下から圧力と熱を加えることにより、これらのフッ素樹脂繊維シートとフッ素樹脂シートとを貼り合せる。そして、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートの露出部に凹部を形成する。
摺動部材を定着装置に装着した際には、第一のフッ素樹脂繊維層121、第二のフッ素樹脂繊維層122、及び第三のフッ素樹脂繊維層123は厚さ方向に圧縮され薄くなる場合があるので、これら各フッ素樹脂繊維層は、その摺動面がフッ素樹脂層112の摺動面よりも突出するように埋設されてもよい。
摺動部材101fは、摺動部材101eの製造方法と同様にして、但し、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シートのもう一方の面に、基体110となるシートをフッ素系接着シートを間に介して積層して積層体とし、これを貼り合せて製造される。
摺動部材101gは、摺動部材101aの製造方法と同様にして、但し、基体110となるシートの一方の面に、フッ素系接着シートを間に介して、フッ素樹脂層112となるフッ素樹脂シート及び第一のフッ素樹脂繊維層121となるフッ素樹脂繊維シートなどを積層して積層体とし、これを貼り合せて製造される。
摺動部材101hは、摺動部材101gの製造方法と同様にして、但し、隔壁124となるフッ素樹脂シートを配置せず、第一のフッ素樹脂繊維層121となるフッ素樹脂繊維シートと、第二のフッ素樹脂繊維層122となるフッ素樹脂繊維シートとの間に隙間を設けて配置して製造される。
<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本実施形態に係る摺動部材と、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。
本実施形態に係る定着装置は、本実施形態に係る摺動部材が、使用に伴う摩擦係数の上昇が起きにくいことから、長寿命化すると考えられる。
本実施形態に係る摺動部材は、潤滑剤を含まない初期状態で、第2回転体の内面と押圧部材との間に配置されることが望ましい。
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、本実施形態に係る摺動部材が適用される。
〔定着装置の第1実施形態〕
図6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6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(本実施形態に係る摺動部材の一例)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。
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、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7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7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(本実施形態に係る摺動部材の一例)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。
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。
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8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8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。
<金型の用意>
・金型(1)
直円柱状の凸部が点在する領域(55mm×380mm)を押付面に有するNi電鋳製円柱付きの金型(日立マクセル社製SUS板)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、直径0.3mm、高さ0.1mm、配列ピッチ0.6mmの格子パターンとした。
・金型(2)
凸部が点在する領域を80mm×380mmとした以外は、金型(1)と同様にして金型(2)を作製した。
・金型(3)
凸部が点在する領域を60mm×380mmとした以外は、金型(1)と同様にして金型(3)を作製した。
・金型(4)
凸部が点在する領域を65mm×380mmとした以外は、金型(1)と同様にして金型(4)を作製した。
・金型(5)
凸部が点在する領域を45mm×380mmとした以外は、金型(1)と同様にして金型(5)を作製した。
<実施例1>
(積層シートの作製)
下記の材料を用意した。
・架橋PTFEシート(日立電線社製エクセロンXF−1B):厚さ300μm、80mm×400mm。
・フッ素樹脂繊維シート(ジャパンゴアテックス社製ゴアファイバークロスFS120−E):厚さ120μm、10mm×400mm。2枚。
・隔壁用PTFEシート(架橋PTFEシート、日立電線社製エクセロンXF−1B):厚さ100μm、5mm×400mm。
・接着性フッ素樹脂シート(潤工社製シルキーボンド):厚さ20μm。
架橋PTFEシートの一方の面において、接着性フッ素樹脂シートを介して、一方の長辺から順に、第一のフッ素樹脂繊維シート、隔壁用PTFEシート、第二のフッ素樹脂繊維シートを隣接させて配置し、積層体(第一のフッ素樹脂繊維シートなど/接着性フッ素樹脂シート/架橋PTFEシート)を作製した。この積層体を加熱加圧(1MPa/320℃/10分間)して貼り合わせ、積層シートを得た。
(凹部の形成)
積層シートにおける架橋PTFEシートの露出部に金型(1)を重ねた。この際、露出部の400mm辺の中央に金型(1)の380mm辺を重ねた。
そして、金型(1)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、第一のフッ素樹脂繊維層、隔壁、第二のフッ素樹脂繊維層、凹部が摺動面に点在したフッ素樹脂層(直径0.3mmの円形の凹部が配列ピッチ0.6mmの格子状に点在)が一方の面に連続して並んだ、シート状の摺動部材を得た。
<実施例2>
(積層シートの作製)
実施例1において、隔壁用PTFEシートを配置せず、第一のフッ素樹脂繊維シートと第二のフッ素樹脂繊維シートとの間に5mmの隙間を設けた以外は、実施例1と同様にして積層シートを作製した。
(凹部の形成)
積層シートにおける架橋PTFEシートの露出部に、実施例1と同様にして凹部を形成した。
<比較例1>
(凹部の形成)
実施例1で使用した架橋PTFEシートに、金型(2)を用いて、実施例1と同様にして凹部を形成した。
<比較例2>
(積層シートの作製)
実施例1において、隔壁用PTFEシートを配置せず、第一のフッ素樹脂繊維シートと第二のフッ素樹脂繊維シートとを隣接させて配置した以外は、実施例1と同様にして積層シートを作製した。
(凹部の形成)
積層シートにおける架橋PTFEシートの露出部に、金型(3)を用いて、実施例1と同様にして凹部を形成した。
<比較例3>
(積層シートの作製)
実施例1において、第二のフッ素樹脂繊維シートを配置しなかった以外は、実施例1と同様にして積層シートを作製した。
(凹部の形成)
積層シートにおける架橋PTFEシートの露出部に、金型(4)を用いて、実施例1と同様にして凹部を形成した。
<実施例3>
(積層シートの作製)
実施例1において、架橋PTFEシートのもう一方の長辺に沿って、第三のフッ素樹脂繊維シート(ジャパンゴアテックス社製ゴアファイバークロスFS120−E、厚さ120μm、10mm×400mm)を配置した以外は、実施例1と同様にして積層シートを作製した。
(凹部の形成)
積層シートにおける架橋PTFEシートの露出部に、金型(5)を用いて、実施例1と同様にして凹部を形成した。
<実施例4>
(積層シートの作製)
実施例1において、架橋PTFEシートの厚さを100μmに変更し、架橋PTFEシートのもう一方の面に、基体となるポリイミド樹脂シート(厚さ75μm)を接着性フッ素樹脂シートによって貼り合せた以外は、実施例1と同様にして積層シートを作製した。
(凹部の形成)
積層シートにおける架橋PTFEシートの露出部に、実施例1と同様にして凹部を形成した。
<実施例5>
(積層シートの作製)
実施例1において、架橋PTFEシートの厚さを100μmに変更し、架橋PTFEシートのもう一方の面に、基体となるポリイミド樹脂シート(厚さ75μm)を接着性フッ素樹脂シートによって貼り合せ、さらに、ポリイミド樹脂シートのもう一方の面に、未架橋PTFEシート(ニチアス社製ナフロンシート(登録商標)、厚さ100μm)を接着性フッ素樹脂シートによって貼り合せた以外は、実施例1と同様にして積層シートを作製した。
(凹部の形成)
積層シートにおける架橋PTFEシートの露出部に、実施例1と同様にして凹部を形成した。
<評価>
評価機として、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Color1000 Pressを用意した。
この評価機の定着装置は、図7に示す定着装置80のように構成されており、加熱ベルト(被摺動部材。図7における加熱ベルト84)の内周面の表面粗さRaが0.8μmであった。
各実施例および比較例の摺動部材を、評価機の定着装置に取り付け、22℃/55RH%の環境下、プロセススピード800mm/秒で連続稼動させた。
(摺動部材の摩擦係数)
摺動部材と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、1,200,000枚(1200kpv)通紙した時点の摩擦係数(通紙後摩擦係数)とを測定した。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。測定結果を表1に示す。
(摺動部材の摩耗量)
1,200,000枚(1200kpv)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、ニップ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厚さとの差(μm)を求め、摩耗量とした。測定結果を表1に示す。
表1から分かるとおり、実施例1〜5の摺動部材は、比較例1〜3の摺動部材に比べ、使用に伴う摩擦係数の上昇が抑えられていた。
また、実施例1〜5の摺動部材は、比較例1〜3の摺動部材に比べ、通紙後の摩耗量が少なかった。
101a、101b、101c、101d、101e、101f、101g、101h 定着装置用摺動部材
110 基体
112 フッ素樹脂層
116 凹部
121 第一のフッ素樹脂繊維層
122 第二のフッ素樹脂繊維層
123 第三のフッ素樹脂繊維層
124 隔壁
125 溝
130 摺動面
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
65 保持部材
66 ハロゲンランプ
67 潤滑剤供給装置
68 摺動部材
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
87 押圧パッド
88 加圧ロール
88A 円柱状ロール
88B 弾性層
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
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)

Claims (7)

  1. 摺動面側に摺動方向の上流側から順に連続して、第一のフッ素樹脂繊維層と、隔壁又は溝と、第二のフッ素樹脂繊維層と、フッ素樹脂層と、を有する定着装置用摺動部材。
  2. 摺動面側に、前記フッ素樹脂層の摺動方向の下流側に連続して、さらに第三のフッ素樹脂繊維層を有する、請求項1に記載の定着装置用摺動部材。
  3. 前記隔壁は、フッ素樹脂を含有する層である、請求項1又は請求項2に記載の定着装置用摺動部材。
  4. 前記フッ素樹脂層は、摺動面に凹部が点在している、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の定着装置用摺動部材。
  5. 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であって、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の定着装置用摺動部材と、
    を備える定着装置。
  6. 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5に記載の定着装置。
  7. 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5又は請求項6に記載の定着装置と、
    を備える画像形成装置。
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