JP2016130777A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材の内面に塗布される塗料からの低分子シロキサンの発生を抑制することで、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）やＵＦＰ（超微粒子）の発生量を減少させる。
【解決手段】本発明の定着装置１８は、回転可能に設けられる定着部材２３と、定着部材２３に圧接して定着ニップＮを形成し、回転可能に設けられる加圧部材２４と、定着部材２３に内包されるヒーター２５と、を備え、定着部材２３の内面２３ａには、ヒーター２５からの光を熱に変換するための耐熱性の塗料３４が塗布され、塗料３４は、無機材料によって形成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録媒体にトナー像を定着させる定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、複写機やプリンターなどの電子写真方式の画像形成装置は、用紙などの記録媒体にトナー像を定着させる定着装置を備えている。

例えば、特許文献１には、定着部材（特許文献１の「定着ローラ６０」参照）と、定着部材に圧接して定着ニップを形成する加圧部材（特許文献１の「加圧ローラ７０」参照）と、定着部材に内包されるヒーター（特許文献１の「ヒータランプ６５」参照）と、を備えた定着装置が開示されている。また、この定着装置では、定着部材の内面に熱吸収塗料が塗布されている。

特開２０１１−１４１４５３号公報

特許文献１には、上記の熱吸収塗料として、メチルシリコーンを含む有機材料を用いる点が開示されている（段落００３４等参照）。このようにメチルシリコーンを含む有機材料を用いた場合、ベンゼンの発生量を抑制することはできるが、低分子シロキサンと呼ばれるシリコーン樹脂中の揮発成分が発生する。低分子シロキサンは、環境保全を促す規格においてＶＯＣ（揮発性有機化合物）として指定されている場合があり、ＵＦＰ（超微粒子）の発生原因とも考えられている。そのため、低分子シロキサンの発生量は少ない方が好ましいが、特許文献１の従来技術では低分子シロキサンの発生を十分に抑制するのは困難である。

そこで、本発明は上記事情を考慮し、定着部材の内面に塗布される塗料からの低分子シロキサンの発生を抑制することで、ＶＯＣやＵＦＰの発生量を減少させることを目的とする。

本発明の定着装置は、回転可能に設けられる定着部材と、前記定着部材に圧接して定着ニップを形成し、回転可能に設けられる加圧部材と、前記定着部材に内包されるヒーターと、を備え、前記定着部材の内面には、前記ヒーターからの光を熱に変換するための耐熱性の塗料が塗布され、前記塗料は、無機材料によって形成されることを特徴とする。

このような構成を採用することで、定着部材の内面に塗布される塗料がシリコーン類を含有する有機材料によって形成される場合と比較して、塗料からの低分子シロキサンの発生を抑制し、ＶＯＣやＵＦＰの発生量を減少させることが可能となる。そのため、環境への負荷を軽減することができるとともに、環境保全を促す規格への対応が容易になる。

また、塗料が耐熱性を有することで、塗料の熱劣化を抑制することが可能となる。そのため、塗料の光熱変換機能が低下するのを抑制することができ、定着部材の加熱効率を高めることが可能となる。

前記塗料は、水を溶媒とする水性塗料であり、前記無機材料中にシリカを含んでいても良い。

上記のように水を溶媒とする水性塗料を用いることで、水が揮発成分となるため、環境への負荷を一層軽減することが可能となる。

前記塗料の焼成温度Ｔは、２００℃≦Ｔ≦５００℃を満たしても良い。

このような構成を採用することで、定着部材の変形を抑制しつつ、定着部材の内面に塗料をムラ無く均一に塗布することが可能となる。

前記塗料は、単一の層のみによって構成されても良い。

このような構成を採用することで、定着部材の内面に塗料を塗布する作業の工数を削減することができるとともに、塗料の材料費を安くすることができる。

前記定着部材は、定着ローラーであっても良い。

このような構成を採用することで、定着部材の剛性を高めることができ、定着部材の変形を抑制することが可能となる。

前記定着部材は、定着ベルトであっても良い。

このような構成を採用することで、定着部材の熱容量を小さくすることが可能となり、ウォームアップタイムの短縮や省エネルギー化を図ることが可能となる。

本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、定着部材の内面に塗布される塗料からの低分子シロキサンの発生を抑制することで、ＶＯＣやＵＦＰの発生量を減少させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 本発明の他の異なる実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 実験装置を示す斜視図である。 塗料の焼成温度とＶＯＣの発生量の関係を示すグラフである。 塗料の焼成温度とＵＦＰの発生量の関係を示すグラフである。

まず、図１を用いて、電子写真方式のプリンター１（画像形成装置）の全体の構成について説明する。以下、図１における紙面手前側を、プリンター１の前側とする。各図に適宜付される矢印Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｌｏは、それぞれプリンター１の左側、右側、上側、下側を示している。

プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備えており、プリンター本体２の下部には用紙（記録媒体）を収納する給紙カセット３が収容され、プリンター本体２の上面には排紙トレイ４が設けられている。プリンター本体２の上面には、排紙トレイ４の側方に上カバー５が開閉可能に取り付けられ、上カバー５の下方には、トナーコンテナ６が収納されている。

プリンター本体２の上部には、排紙トレイ４の下方にレーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器７が配置され、露光器７の下方には、画像形成部８が設けられている。画像形成部８には、像担持体である感光体ドラム１０が回転可能に設けられており、感光体ドラム１０の周囲には、帯電器１１と、現像器１２と、転写ローラー１３と、クリーニング装置１４とが、感光体ドラム１０の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って配置されている。

プリンター本体２の内部には、用紙の搬送経路１５が設けられている。搬送経路１５の上流端には給紙部１６が設けられ、搬送経路１５の中流部には、感光体ドラム１０と転写ローラー１３によって構成される転写部１７が設けられ、搬送経路１５の下流部には定着装置１８が設けられ、搬送経路１５の下流端には排紙部２０が設けられている。搬送経路１５の下方には、両面印刷用の反転経路２１が形成されている。

次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。

プリンター１に電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着装置１８の温度設定等の初期設定が実行される。そして、プリンター１に接続されたコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、以下のようにして画像形成動作が実行される。

まず、帯電器１１によって感光体ドラム１０の表面が帯電された後、露光器７からのレーザー光（図１の二点鎖線Ｐ参照）により感光体ドラム１０に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム１０の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を、現像器１２がトナーによりトナー像に現像する。

一方、給紙部１６によって給紙カセット３から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて転写部１７へと搬送され、転写部１７において感光体ドラム１０上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路１５を下流側へと搬送されて定着装置１８に進入し、この定着装置１８において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部２０から排紙トレイ４に排出される。なお、感光体ドラム１０上に残留したトナーは、クリーニング装置１４によって回収される。

次に、図２を用いて、定着装置１８について詳細に説明する。図２の矢印Ｙは、用紙の搬送方向を示している。

定着装置１８は、定着フレーム２２と、定着フレーム２２の上部に収容される定着ローラー２３（定着部材）と、定着フレーム２２の下部に収容される加圧ローラー２４（加圧部材）と、定着ローラー２３に内包されるハロゲンランプ２５（ヒーター）と、を主体として構成されている。

定着フレーム２２は、箱型形状を成している。定着フレーム２２の左端部中央には導入開口部２７が設けられ、定着フレーム２２の右端部中央には導出開口部２８が設けられている。そして、導入開口部２７を介して定着フレーム２２内に導入された用紙が、導出開口部２８を介して定着フレーム２２から排出されるように構成されている。

定着ローラー２３は、前後方向（図２では紙面奥行き方向）に長い円筒状を成している。定着ローラー２３は、定着フレーム２２に回転可能に支持されている。

定着ローラー２３は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属から成る円筒状の基材層３１と、この基材層３１に周設され、シリコンゴム等から成る弾性層３２と、この弾性層３２を被覆し、ＰＦＡ（Per Fluoro Alkoxy）等のフッ素樹脂から成る離型層３３と、を備えている。なお、他の異なる実施形態では、定着ローラー２３が弾性層３２を備えていなくても良い。

定着ローラー２３の基材層３１の内面２３ａ（以下、「定着ローラー２３の内面２３ａ」と称する）には、耐熱性の塗料３４が塗布されている。塗料３４は、無機材料によって形成されている。ここで、「無機材料」とは、メチルシリコーン、フェニルメチルシリコーンなどの有機化合物を含まない材料のことである。塗料３４は、水を溶媒とする水性塗料であり、上記無機材料中にシリカを含んでいる。例えば、塗料３４は、粒径５ｎｍ〜１００ｎｍのシリカ２０重量％と、蒸留水２５重量％と、Ｍｎ酸化物及び黒色顔料から成る着色顔料３５重量％と、アルミナ、ベントナイト、マイカ、白雲母、金雲母、ネフェリンシナイト等の体質顔料２０重量％と、を混合することで作製される。塗料３４は、単一の層のみによって構成されている。

塗料３４は、定着ローラー２３の内面２３ａに塗布された後に、所定の焼成温度Ｔで焼成される。焼成温度Ｔが２００℃未満になると、塗料３４にムラが発生してしまう恐れがあり、焼成温度Ｔが５００℃を超えると、定着ローラー２３が変形する恐れがある。従って、定着ローラー２３の変形を抑制しつつ、定着ローラー２３の内面２３ａに塗料３４をムラ無く均一に塗布するためには、焼成温度Ｔが、２００℃≦Ｔ≦５００℃を満たすのが好ましい。

加圧ローラー２４は、前後方向（図２では紙面奥行き方向）に長い円筒状を成している。加圧ローラー２４は、定着フレーム２２に回転可能に支持されている。加圧ローラー２４は、付勢部材（図示せず）の付勢力によって定着ローラー２３に圧接しており、定着ローラー２３と加圧ローラー２４の間には、定着ニップＮが形成されている。

加圧ローラー２４は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属から成る円筒状の基材層４１と、この基材層４１に周設され、シリコンゴム等から成る弾性層４２と、この弾性層４２を被覆し、ＰＦＡ（Per Fluoro Alkoxy）等のフッ素樹脂から成る離型層４３と、を備えている。

ハロゲンランプ２５は、定着ローラー２３の内部空間の中央部に収容されており、定着ローラー２３を貫通している。

上記のように構成された定着装置１８において、用紙にトナー像を定着させる際には、駆動源（図示せず）によって定着ローラー２３を回転させる（図２の矢印Ａ参照）。このように定着ローラー２３を回転させると、定着ローラー２３に圧接する加圧ローラー２４が定着ローラー２３に従動して回転する（図２の矢印Ｂ参照）。

また、用紙にトナー像を定着させる際には、ハロゲンランプ２５を点灯させる。このようにハロゲンランプ２５を点灯させると、ハロゲンランプ２５から光が放射される（図２の矢印Ｃ参照）。このハロゲンランプ２５からの光は、定着ローラー２３の内面２３ａに塗布された塗料３４によって熱に変換され、定着ローラー２３に吸収される。これにより、ハロゲンランプ２５によって定着ローラー２３が加熱される。この状態で、未定着のトナー像が形成された用紙が定着ニップＮを通過すると、トナー像と用紙が加熱及び加圧されて、トナー像が用紙に定着される。

本実施形態では、上記のように、一対のローラー（定着ローラー２３と加圧ローラー２４）によって定着ニップＮを形成する「ローラー定着方式」が採用されている。このローラー定着方式は、電子写真方式の画像形成装置において、カラー機、モノクロ機を問わず、一般的に採用されている。

また、本実施形態では、定着ローラー２３の内面２３ａに塗料３４が塗布されており、この塗料３４は無機材料によって形成されている。このような構成を採用することで、塗料３４がシリコーン類を含有する有機材料によって形成される場合と比較して、塗料３４からの低分子シロキサンの発生を抑制し、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）やＵＦＰ（超微粒子）の発生量を減少させることが可能となる。そのため、環境への負荷を軽減することができるとともに、環境保全を促す規格への対応が容易になる。

また、塗料３４が耐熱性を有しているため、塗料３４の熱劣化を抑制することが可能となる。そのため、塗料３４の光熱変換機能が低下するのを抑制することができ、定着ローラー２３の加熱効率を高めることが可能となる。

なお、ベース層とコート層を含む複数の層から成る塗料３４について、コート層のみを無機材料によって形成するような構成を採用することも考えられる。しかしながら、このような構成を採用すると、定着ローラー２３の内面２３ａに塗料３４を二度塗りすることが必要となり、塗料３４の塗布作業の工数が増加すると共に、塗料３４の材料費が高くなってしまう。

そこで、本実施形態では、塗料３４を単一の層のみによって構成している。このような構成を採用することで、塗料３４の塗布作業の工数を削減することができるとともに、塗料３４の材料費を安くすることができる。

また、本実施形態の塗料３４は、有機溶剤を含んでいない。そのため、排気装置や脱臭装置が不要となり、設備投資に掛かるコストを安くすることが可能となる。

また、塗料３４は、水を溶媒とする水性塗料であり、無機材料中にシリカを含んでいる。このように水を溶媒とする水性塗料を用いることで、水が揮発成分となるため、環境への負荷を一層軽減することが可能となる。

また、ハロゲンランプ２５をヒーターとして用いているため、所望の温度分布を低コストで実現することができる。

また、定着ローラー２３を定着部材として用いているため、定着部材の変形を抑制することが可能となる。

本実施形態では、定着ローラー２３を定着部材として用いる場合について説明した。一方で、他の異なる実施形態では、図３に示されるように、定着ローラー２３よりも薄い可撓性の定着ベルト７０を定着部材として用いても良い。定着ベルト７０は、例えば、ニッケルやステンレス等の金属から成る円筒状の基材層７１と、この基材層７１に周設され、シリコンゴム等から成る弾性層７２と、この弾性層７２を被覆し、ＰＦＡ等のフッ素樹脂から成る離型層７３と、を備えており、基材層７１の内面７０ａに塗料３４が塗布されている。なお、他の異なる実施形態では、定着ベルト７０が弾性層７２を備えていなくても良い。このように定着ベルト７０を定着部材とすることで、定着部材の熱容量を小さくすることが可能となり、ウォームアップタイムの短縮や省エネルギー化を図ることが可能となる。

本実施形態では、ハロゲンランプ２５をヒーターとして用いる場合について説明した。一方で、他の異なる実施形態では、セラミックヒーター等のハロゲンランプ２５とは異なるヒーターを用いても良い。

本実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。

＜実験＞
本発明の実施例に係る塗料と比較例１、２に係る塗料を用いて、本発明の効果を実証するための実験を行った。

（実験装置）
図４に示されるように、本実験に用いた実験装置５０は、素管５１と、素管５１に内包されるハロゲンランプ５２と、ハロゲンランプ５２を保持する保持部材５３と、を備えている。

素管５１は、アルミニウム製であり、長さ２６０ｍｍ、直径２０ｍｍ、厚み１ｍｍである。

ハロゲンランプ５２は、ガラス管５５と、ガラス管５５に収容されるフィラメント５６と、ガラス管５５の両端部に固定されるセラミック製の被保持部５７と、を備えている。

保持部材５３は、一対の保持壁５８と、各保持壁５８の下端部を連結する連結壁５９と、を備えている。各保持壁５８の上端部には、Ｖ字状の溝部６０が設けられており、この溝部６０にハロゲンランプ５２の各被保持部５７が保持されている。なお、各保持壁５８は、有機物ではなく、ＳＵＳ等の金属によって形成されている。これは、各保持壁５８を有機物で構成すると、各保持壁５８からＶＯＣやＵＦＰが発生してしまい、実験結果に大きな影響を与えることが懸念されるからである。

（塗料）
本発明の実施例に係る塗料は、粒径５ｎｍ〜１００ｎｍのシリカ２０重量％と、蒸留水２５重量％と、Ｍｎ酸化物及び黒色顔料から成る着色顔料３５重量％と、アルミナ、ベントナイト、マイカ、白雲母、金雲母、ネフェリンシナイト等の体質顔料２０重量％と、を混合することで作製した。この塗料は、有機化合物を含まない無機材料によって形成されている。また、この塗料は、水を溶媒とする水性塗料である。

比較例１に係る塗料は、メチルシリコーン樹脂２０重量％と、トルエン４０重量％と、Ｍｎ酸化物及び黒色顔料から成る着色顔料１５重量％と、無機質顔料２５重量％を混合することで作製した。この塗料は、有機化合物であるメチルシリコーン樹脂を含む有機材料によって形成されている。

比較例２に係る塗料は、フェニルメチルシリコーン樹脂２０重量％と、トルエン４０重量％と、Ｍｎ酸化物及び黒色顔料から成る着色顔料１５重量％と、無機質顔料２５重量％を混合することで作製した。この塗料は、有機化合物であるフェニルメチルシリコーン樹脂を含む有機材料によって形成されている。

（実験方法）
本発明の実施例及び比較例１、２に係る塗料を素管５１の内面に３０μｍの厚みで塗布し、一定の温度で１時間焼成した。塗料の焼成温度は、２００℃、３００℃、５００℃の３種類とした。なお、塗料の焼成温度が５００℃を超えると、素管５１が変形する恐れがあるため、５００℃を超える焼成温度については実験を行わなかった。

塗料の焼成後に、実験装置５０を１ｍ３の試験チャンバー内に設置し、ハロゲンランプ５２を点灯させて２００℃に温調した。そして、１０分間におけるＶＯＣの発生量［ｍｇ／ｈ］とＵＦＰの発生量［個］をそれぞれ測定した。ＶＯＣの測定には、ガスクロマトグラフィー質量分析装置（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社製）を用いた。ＵＦＰの測定には、リアルタイム粒子解析装置（ＦＭＰＳ：Ｆａｓｔ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅｒ）Ｍｏｄｅｌ３０９１(ＴＳＩ社製：アメリカ合衆国ミネソタ州セントポール)を用いた。

（実験結果）
本実験の実験結果を図５、図６に示す。図５、図６から明らかな通り、本発明の実施例に係る塗料については、比較例１、２に係る塗料と比べて、ＶＯＣ及びＵＦＰの両方について発生量が減少している。これは、塗料を無機材料によって形成することで、低分子シロキサンの発生が抑制されたためであると考えられる。なお、塗料の焼成温度の上昇に伴ってＶＯＣ及びＵＦＰの発生量が減少しているのは、塗料の焼成温度が上昇すると脱水縮合反応が起こりやすくなり、塗料の密度が高まるからであると考えられる。また、本発明の実施例に係る塗料は、焼成温度が２００℃から効果を発揮するので、塗料の焼成に必要なエネルギー量を少なくすることができる。

１ プリンター（画像形成装置）
１８ 定着装置
２３ 定着ローラー（定着部材）
２３ａ （定着ローラーの）内面
２４ 加圧ローラー（加圧部材）
２５ ヒーター
３４ 塗料
７０ 定着ベルト（定着部材）
７０ａ （定着ベルトの）内面
Ｎ 定着ニップ

Claims (7)

1. 回転可能に設けられる定着部材と、
   前記定着部材に圧接して定着ニップを形成し、回転可能に設けられる加圧部材と、
   前記定着部材に内包されるヒーターと、を備え、
   前記定着部材の内面には、前記ヒーターからの光を熱に変換するための耐熱性の塗料が塗布され、前記塗料は、無機材料によって形成されることを特徴とする定着装置。
2. 前記塗料は、水を溶媒とする水性塗料であり、前記無機材料中にシリカを含むことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記塗料の焼成温度Ｔは、２００℃≦Ｔ≦５００℃を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記塗料は、単一の層のみによって構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記定着部材は、定着ローラーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記定着部材は、定着ベルトであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

Images