JP2017097017A - 摺動部材、定着装置用摺動部材、定着装置、画像形成装置および摺動部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑剤の劣化に起因する耐久性能の低下を防ぎ、長時間の使用に供する摺動部材を提供する。【解決手段】摺動部材１４は、反応性の置換基を有するシロキサンと、該シロキサンを保持する保持部材とを含み、保持部材は、好ましくは遊離のアミノ基または遊離のカルボニル基の少なくともいずれかを有する耐熱性繊維を含み、耐熱性繊維は、アラミド繊維であることがさらに好ましく、保持部材は、アラミド繊維からなる不織布であることが好ましく、上記反応性の置換基は、遊離のアミノ基、遊離のエポキシ基および遊離のカルボニル基から選ばれる１種以上であることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、摺動部材、定着装置用摺動部材、定着装置、画像形成装置および摺動部材の製造方法に関する。

特開平０８−２６２９０３号公報（特許文献１）には、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置に備わる定着装置が開示されている。この定着装置は、加圧定着ロールと、この加圧定着ロールに接触するエンドレスベルトと、このエンドレスベルトの内部に配置され、エンドレスベルトの内周面を加圧定着ロールに向けて押圧する押圧部材とを有する。この種の定着装置は、ロールとベルトとが圧接されることで定着ニップが形成されるのでベルトニップ定着方式と呼ばれ、省エネ性に優れ、軽量、コンパクトかつ安価であるといった点で有利であるとされる。

特開２００４−２０６１０５号公報（特許文献２）には、加圧ベルトの内周面で摺動するシート状摺動部材が押圧部材に設けられ、このシート状摺動部材と加圧ベルトの内周面との間に潤滑剤が介在する構成の定着装置が開示されている。この定着装置は潤滑剤によって、加圧ベルトの内周面と押圧部材との間の摺動抵抗が低減され、加圧ベルトを定着ロールとともに円滑に周回移動させることができる。潤滑剤として、シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどを使用する。また、シート状摺動部材として、ガラスクロスなどにフッ素樹脂を含浸し、焼結したものを使用する。フッ素樹脂を含んだシート状摺動部材は、特開平１０−２１３９８４号公報（特許文献３）、特開２００１−２４９５５８号公報（特許文献４）にも開示がある。

特開２００９−０６９４００号公報（特許文献５）では、上記シート状摺動部材に相当する潤滑剤保持部材として、アラミド繊維のメッシュシートを用いた例が記載されている。

特開平０８−２６２９０３号公報 特開２００４−２０６１０５号公報 特開平１０−２１３９８４号公報 特開２００１−２４９５５８号公報 特開２００９−０６９４００号公報

しかしながらシリコーンオイルは、熱酸化によって劣化する。たとえば、定着装置を長時間にわたって連続運転すると、加圧ベルトの周回時の回転トルクが上昇する。回転トルクの上昇は、シリコーンオイルの粘度上昇によって、加圧ベルトとシート状摺動部材との摺動抵抗が増加したことに起因する。また、加圧ベルトの幅方向（回転軸方向）の両端部から、シリコーンオイルが漏れ出し、加圧ベルトの表面にシリコーンオイルが付着する現象が認められる。この現象も長時間にわたる連続運転に基づいたシリコーンオイルの劣化によるものと考えられる。シリコーンオイルの熱酸化による劣化は、高温化においてラジカルが発生し、その後、シリコーンオイルが分子間で架橋し、ゲル化することに基づいて起こると考えられる。

したがって、定着装置の潤滑剤としてシリコーンオイルを使用する場合、長期にわたる使用によってシリコーンオイルが劣化し、加圧ベルトを周回させるときのトルクの増加、加圧ベルトの外周面側への潤滑剤の漏出などの不都合が生じる。また、潤滑剤の漏出によって、摺動部材と加圧ベルトの内周面との間の潤滑剤が不足し、摺動部材および加圧ベルトの摩耗が進んで定着装置の故障につながるという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされ、潤滑剤の劣化に起因する耐久性能の低下を防ぎ、長時間の使用に供することができる摺動部材、定着装置用摺動部材、定着装置、画像形成装置および摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の摺動部材は、反応性の置換基を有するシロキサンと、該シロキサンを保持する保持部材とを含む。好ましくは、前記保持部材は、遊離のアミノ基および遊離のカルボニル基のいずれか一方または両方を有する耐熱性繊維を含む。前記耐熱性繊維は、アラミド繊維であることが好ましい。前記保持部材は、アラミド繊維からなる不織布であることがさらに好ましい。前記反応性の置換基は、遊離のアミノ基、遊離のエポキシ基および遊離のカルボニル基から選ばれる１種以上であることが好ましい。

本発明の定着装置用摺動部材は、定着装置に用いられる上記摺動部材であって、前記定着装置は、互いに接触して共に回転するローラーおよび無端ベルトと、前記無端ベルトの内周側に配置され、前記無端ベルトの内周面を前記ローラーへ向けて押圧し、前記無端ベルトを前記ローラーとで挟む押圧部材と、を備える。前記摺動部材は、前記無端ベルトと前記押圧部材との間、または前記押圧部材の一部として配置されている。

本発明の定着装置は、互いに接触して共に回転するローラーおよび無端ベルトと、前記無端ベルトの内周側に配置され、前記無端ベルトの内周面を前記ローラーへ向けて押圧し、前記無端ベルトを前記ローラーとで挟む押圧部材と、前記無端ベルトと前記押圧部材との間、または前記押圧部材の一部として配置されている上記摺動部材と、を備え、前記無端ベルトの内周面に含まれる基材は、遊離のアミノ基または遊離のカルボニル基の少なくともいずれかを有する。前記基材は、ポリイミド樹脂であることが好ましい。前記基材は、前記反応性の置換基を有するシロキサンを含むことがさらに好ましい。

また、前記押圧部材は、ニップ形成部と高圧摺動部とを有する。前記ニップ形成部は、前記無端ベルトの内周側において前記ローラーに隣接させて配置され、前記摺動部材として、または前記摺動部材を介して前記無端ベルトの内周面を押圧し、前記ローラーとで紙葉を圧送する。前記高圧摺動部は、前記ニップ形成部から前記紙葉が圧送されてくる側に配置され、前記摺動部材として、または前記摺動部材を介して圧力を与えて前記紙葉を前記ローラーから分離させる。前記高圧摺動部は、曲率κが０．１５以上１以下となる曲面を有することが好ましい。本発明の定着装置は、前記ローラーまたは前記無端ベルトの少なくとも一方を加熱するヒーターを備えることが好ましい。

本発明の画像形成装置は、上記定着装置を備える。
本発明の摺動部材の製造方法は、保持部材を備える摺動部材の製造方法であって、反応性の置換基を有するシロキサンを前記保持部材に含浸させる工程と、前記シロキサンを含浸させた前記保持部材を加熱焼成し、前記シロキサンを前記保持部材に保持させる工程と、を含む。

本発明によれば、潤滑剤の劣化に起因する耐久性能の低下を防ぎ、長時間の使用に供する摺動部材を提供することができる。

本実施形態の定着装置の概略構成を示す模式図である。 本実施形態の定着装置における無端ベルト付近の概略構成を拡大して示す拡大模式図である。 本実施形態の画像形成装置の概略構成を示す模式図である。 本実施例における定着装置の駆動時間と発生するトルクとの関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態について、さらに詳細に説明する。なお、以下の実施形態において図面を用いて説明する場合、同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示している。

＜摺動部材＞
本実施形態に係る摺動部材は、反応性の置換基を有するシロキサン（以下、「反応性シロキサン」と称する場合もある）と、このシロキサンを保持する保持部材とを含む。摺動部材は、本実施形態において、たとえばシート状である。ここで摺動部材の形状は、所望の効果が得られる限り、シート状に限定されず、直方体形状であってもよく、水平断面が円または楕円となる円柱状形状であってもよく、その他の立体的形状であってもよい。なお本実施形態では保持部材そのものの形状が、摺動部材の形状となる。

＜保持部材＞
保持部材は、反応性の置換基を有するシロキサンを保持することができる素材である限り、適宜の素材を用いることができる。具体的には、保持部材は、遊離のアミノ基および遊離のカルボニル基のいずれか一方または両方を有する耐熱性繊維を含むことが好ましい。この耐熱性繊維は、アラミド繊維であることがさらに好ましい。保持部材は、上記耐熱性繊維を含有する樹脂であってもよい。保持部材は、２５０℃程度までの高温に耐える耐熱性を有することが好ましい。

また、シロキサンの含浸性に優れることから、耐熱性不織布を保持部材として用いることが好ましい。なかでも、汎用性の高さから、アラミド繊維からなる不織布（以下、「アラミド繊維不織布シート」と称する場合もある）を用いることがさらに好ましい。なお、２５０℃程度までの高温に耐える耐熱性を有するポリイミド繊維からなる不織布を保持部材とすることができる。保持部材は、アラミド繊維以外の耐熱性繊維であってもよい。

＜反応性の置換基を有するシロキサン＞
シロキサンが有する反応性の置換基は、保持部材が有する遊離のアミノ基および遊離のカルボニル基のいずれか一方または両方と反応する置換基であればよい。具体的には、遊離のアミノ基、遊離のエポキシ基および遊離のカルボニル基から選ばれる１種以上を採用することができる。なかでも、遊離のアミノ基を有するシロキサンは、様々な等級のものが市販され、入手が容易であるので適している。なお、本実施形態におけるアミノ基は、アンモニア、第一級アミン、第二級アミンから水素を除去してなる１価の官能基であれば、いずれのものも含まれるものとする。また、遊離のカルボニル基は、メタクリル酸およびカルボキシル基などに含まれる「＝Ｃ＝Ｏ」で表される基を指す。

反応性の置換基（遊離のアミノ基、遊離のエポキシ基および遊離のカルボニル基のいずれか）が配置されるシロキサンの分子内位置は、下記（１）〜（３）に示す化学構造式から３つの形態に分けて示すことができる。下記（１）〜（３）に示す化学構造式中のＡが、反応性の置換基を示す。すなわち、下記（１）の化学構造式のように反応性の置換基がシロキサンの両末端に配置される形態、下記（２）の化学構造式のように反応性の置換基がシロキサンの片末端に配置される形態、および下記（３）の化学構造式のように反応性の置換基がシロキサンの側鎖の片方に配置される形態がある。

なお、下記（１）〜（３）に示す化学構造式においてＲは、置換基を有していてもよいアルキル基を示す。このアルキル基は、好ましくは、メチル基またはエチル基である。また、一分子中にＡが複数存在する場合、遊離のアミノ基、遊離のエポキシ基および遊離のカルボニル基から１つ選んでＡの各箇所に同じ置換基を配置させてもよいし、異なった置換基を配置させてもよい。

上記（１）〜（３）の化学構造式において、ｌ、ｍ、ｎはそれぞれ重合度を示す。その重合度はｌ＝１〜５００、ｍ＝０〜３００、ｍ＋ｌ＝１０〜５００、ｎ＝１０〜５００である。ｌ、ｍ、ｎで示す値の範囲よりも重合度が低いと、後述のシロキサンを含浸させた保持部材を加熱焼成するプロセスにおいてシロキサンが揮発し、所望量のシロキサンを保持部材に保持できないばかりか、揮発したシロキサンによって汚染するといった不具合の恐れがあるので、好ましくない。ｌ、ｍ、ｎで示す値の範囲よりも重合度が高いと、熱酸化劣化による主鎖の分解が起こりやすくなるので、低分子化に伴う漏れ、飛散が生じる恐れがあり、またシロキサンの分解分子同士の反応によりゲル化が促進し、トルクが上昇する恐れがあるので好ましくない。

また、反応性の置換基が配置されるシロキサンの分子内位置は、その他の１つの形態を示すことができる。その他の１つとは、化学構造式による説明を省略するが、反応性の置換基がシロキサンの両側鎖に配置される形態である。

本実施形態では、反応性の置換基がシロキサンの両末端に配置されることが、摺動性および耐久性の観点から有利である。シロキサンの摺動性は、一分子中のメチル基の数が多い方が高いとされる。このため側鎖に反応性の置換基が配置されるよりも末端に反応性の置換基が配置される方が、一分子中のメチル基の数が多くなって高摺動性を得られるからである。また、一分子中に置換基が多い方が、保持部材に固定化された後の強度が高まるため、片末端よりも両末端に反応性の置換基が配置される方が、その耐久性に優れることとなる。

なお、反応性の置換基を有するシロキサンの化学構造は、たとえば、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）またはＮＭＲ装置のいずれかを使用することにより特定することができる。

シロキサンの粘度は、熱酸化に対する耐性、保持部材への添加容易性および摺動性の観点から、１０〜１０００ｍｍ²／ｓ（１０ｍｍ²／ｓ以上１０００ｍｍ²／ｓ以下、なお本明細書において数値範囲を「〜」を用いて表わす場合、その範囲は上限および下限の数値を含むものとする）であることが適している。特に、１０〜１００ｍｍ²／ｓが好ましい。１０〜１００ｍｍ²／ｓの粘度のシロキサンは、分子量が低いために分解および劣化しにくいという特性がある。また、シロキサンの官能基当量は、反応して保持部材に固定化された後の強度、耐久性、摺動性の観点から１００〜１００００ｇ／ｍｏｌであることが適している。シロキサンの官能基当量は５００〜５０００ｇ／ｍｏｌであることがより好ましい。

シロキサンの粘度は、次のようにして測定することができる。すなわち、ＡＳＴＭ Ｄ４４５−４６ＴまたはＪＩＳ Ｚ ８８０３によるウベローデ粘度計により測定することができる。また、シロキサンの官能基当量は、次のようにして求めることができる。すなわち、ＨＰＬＣによりシロキサンの重量平均分子量を求め、上記のようにして特定したシロキサンの化学構造から反応性の置換基の数を求め、この反応性の置換基の数を上記重量平均分子量で割った数値とするのである。

なお、本明細書において「摺動性」とは、作用する部材に対する摩擦の少なさ或いは滑りやすさに関わる性質をいい、たとえば、後述する定着装置において「摺動性」は、摺動部材が接触する無端ベルトの回転のし易さの指標となるものである。「摺動性」は、たとえば後述するように、外部モーターのトルクを測定することにより、その高低を評価することができる。すなわち、「摺動性が高い」とは、測定されるトルクが低いことをいい、「摺動性が低い」とは、測定されるトルクが高いことをいう。

＜摺動部材の製造方法＞
本実施形態に係る摺動部材の製造方法は、保持部材を備える摺動部材の製造方法であって、反応性の置換基を有するシロキサンを保持部材に含浸させる工程と、該シロキサンを含浸させた保持部材を加熱焼成し、該シロキサンを保持部材に保持させる工程とを含む。

たとえば、保持部材としてアラミド繊維不織布シートを用いる例では、まず、アラミド繊維不織布シートへ、反応性の置換基を有するシロキサンを浸漬する、または塗布することにより含浸させる。次に、シロキサンが含浸したアラミド繊維不織布シートを、ドライエアーなどで湿度制御が可能なオーブンを用い、１８０〜２２０℃の温度範囲で１〜２時間程度、加熱焼成する。これにより、アラミド繊維不織布シートの表面の遊離のアミノ基または遊離のカルボニル基と、シロキサンが有する反応性の置換基とが反応し、これらが化学結合する。その結果、アラミド繊維不織布シートの表面がシロキサンに改質され（以下、「シロキサン改質」と称する場合もある）、アラミド繊維不織布シート上にシロキサンが保持されるようになる。

上記摺動部材の製造方法では、アラミド繊維不織布シート１重量部に対して反応性シロキサン１．０〜２．５重量部となる割合で、反応性シロキサンをアラミド繊維不織布シートへ含浸させることが好ましい。反応性シロキサンを含浸させる量を過剰量とすることで、十分なシロキサン改質を促すことができる。また、本実施形態によって製造された摺動部材を組み込んだ定着装置の作動中にも、アラミド繊維不織布シート上でシロキサン改質を起こすことができるようになるからである。

さらに、加熱焼成しようとするシロキサンの官能基当量および添加量によって、加熱温度および加熱時間を適切に調整することが好ましい。加熱温度が低くすぎ、または加熱時間が短すぎる場合、アラミド繊維不織布シートのシロキサン改質が不十分となり、製造された摺動部材の耐久性が低下する恐れがある。一方で、加熱温度が高すぎ、または加熱時間が長すぎる場合、アラミド繊維不織布シートおよびシロキサンの熱酸化分解が発生する恐れがある。なお、標準的な加熱温度は１８０〜２２０℃の範囲であり、標準的な加熱時間は１〜２時間程度である。

本実施形態の摺動部材の製造方法において、保持部材としてアラミド繊維不織布シートを用いる代わりにポリイミド繊維からなる不織布、耐熱性繊維を含有する樹脂、またはその他の耐熱性繊維などを用いることができる。これらの場合も、同様な方法によって不織布、樹脂または繊維の表面をシロキサン改質することができる。

ここで、アラミド繊維不織布シートの表面がシロキサン改質され、アラミド繊維不織布シート上にシロキサンが所望のとおり固定されたか否かについては、以下のような方法により確認することができる。すなわち、ＦＴ−ＩＲ、ＨＰＬＣ−ＭＳ、ＧＣ−ＭＳ、ＮＭＲなどの分析装置を用い、改質後のアラミド繊維不織布シートの化学構造の特定を行ない、定性化および定量化することにより確認することができる。

＜定着装置用摺動部材＞
本実施形態の定着装置用摺動部材は、定着装置に用いられる上記摺動部材である。この定着装置は、互いに接触して共に回転するローラーおよび無端ベルトと、この無端ベルトの内周側に配置され、無端ベルトの内周面をローラーへ向けて押圧し、無端ベルトをローラーとで挟む押圧部材とを備える。上記摺動部材は、無端ベルトと押圧部材との間に、たとえば、シート状で配置される。なお、上述のとおり、摺動部材の形状はシート状に限定されず、直方体形状であってもよく、水平断面が円または楕円となる円柱状形状であってもよい。また、定着装置用摺動部材は、押圧部材の一部として配置される場合もある。

＜定着装置＞
本実施形態に係る定着装置１０は、図１に示すように、互いに接触して共に回転するローラー１１および無端ベルト１２と、無端ベルト１２の内周側に配置され、無端ベルト１２の内周面をローラー１１へ向けて押圧し、無端ベルト１２をローラー１１とで挟む押圧部材１３と、無端ベルト１２と押圧部材１３との間に配置されている摺動部材１４とを備えている。ローラー１１は、定着装置に用いられる公知のものを採用することができる。また、本実施形態に係る定着装置は、後述するように押圧部材の一部として摺動部材が配置される場合もある。

＜無端ベルト＞
無端ベルト１２の内周面に含まれる基材は、遊離のアミノ基または遊離のカルボニル基の少なくともいずれかを有する。具体的には、無端ベルト１２は、その内周面の基材としてポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、芳香族ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂のいずれかを用いることができる。特に、耐熱性および強度の観点から熱硬化性ポリイミド樹脂を用いることが好ましい。熱硬化性ポリイミド樹脂は、遊離のアミノ基および遊離のカルボニル基を少なくとも有している。

さらに、無端ベルト１２の内周面の基材は、反応性の置換基を有するシロキサンを含むことがより好ましい。無端ベルト１２の内周面の基材に反応性の置換基を有するシロキサンを含ませるには、上述した摺動部材の製造方法と同様な方法によって達成することができる。すなわち、無端ベルト１２の内周面の基材へ、反応性の置換基を有するシロキサンを浸漬する、または塗布することにより含浸させる。次いで、内周面の基材にシロキサンが含浸した無端ベルト１２を、ドライエアーなどで湿度制御が可能なオーブンを用い、１８０〜２２０℃の温度範囲で１〜２時間程度、加熱焼成すればよい。また、本実施形態によって製造された摺動部材を組み込んだ定着装置の作動中にも、無端ベルト１２は、その内周面の基材に含まれる遊離のアミノ基または遊離のカルボニル基と、摺動部材に含有される未反応のシロキサンとが反応することでシロキサン改質されることが好ましい。このため、摺動部材の作製時には、アラミド繊維不織布シートなどからなる摺動部材に反応性シロキサンを過剰量含浸させることが好ましい。

また、無端ベルト１２の内周面の基材として熱硬化性ポリイミド樹脂を用いる場合には、上述の反応性の置換基を有するシロキサンを、ポリイミド固形分１００質量部に対し０．５〜５質量部となる割合でポリイミドワニスに添加する。そして、このシロキサンを含むポリイミドワニスを無端ベルト１２の内周面に塗布し、無端ベルト１２を加熱し、熱硬化性ポリイミド樹脂を硬化させる。これにより、シロキサン改質された熱硬化性ポリイミド樹脂が内周面の基材とされた無端ベルト１２を得ることができる。熱硬化性ポリイミド樹脂中の遊離のアミノ基および遊離のカルボニル基が、加熱によってシロキサンの反応性の置換基と化学結合するためである。

なお、熱硬化性ポリイミド樹脂に代えて、無端ベルト１２の内周面の基材として上述した以外の熱可塑性樹脂を適用し、反応性の置換基を有するシロキサンを含ませようとすると、シロキサンを含むことによる効果が得られなくなる恐れがあるので留意すべきである。この場合、無端ベルト１２の内周面の基材を成形する成形温度が２５０℃を超えるため、反応性の置換基を有するシロキサンが熱酸化分解する恐れがある。無端ベルト１２の外周面には、フッ素コーティングされた層、またはフッ素樹脂を含んだ層が形成されることが好ましい。

＜押圧部材＞
押圧部材１３は、図２に示すように、押圧部材本体となる支持体部１３１とともに、ニップ形成部１３２および高圧摺動部１３３を有している。さらに押圧部材１３は、支持体部１３１を介してニップ形成部１３２と反対側の位置に第２摺動部１３４を有している。ニップ形成部１３２は、無端ベルト１２の内周側においてローラー１１に隣接させて配置され、たとえば、本実施形態の摺動部材１４として無端ベルト１２を押圧し、ローラー１１とで紙葉としての記録シートＳを圧送する作用を有する。

また、図示を省略するが、ニップ形成部は、無端ベルトの内周側においてローラーに隣接させて配置され、摺動部材を介して無端ベルトを押圧し、ローラーとで紙葉としての記録シートを圧送する構成とすることができる。この場合、摺動部材はニップ形成部と無端ベルトとの間にシート状で配置されることが好ましい。

ニップ形成部１３２には、転写されたトナーを記録シートＳ上に定着させるための耐熱性とともに、高強度および低熱伝導性を有する材質のものが要求され、たとえば、シリコンエラストマー、耐熱性不織布が好適に用いられる。また、上述のように本実施形態の摺動部材１４を、押圧部材１３の一部であるニップ形成部１３２として適用する場合、ニップの形成および高摺動性といった２つの機能を一つの部品に持たせることができ、コスト面において有利である。このときの摺動部材１４の形状は、ニップ形成部１３２として必要とされる形状とすればよい。

高圧摺動部１３３は、ニップ形成部１３２から記録シートＳが圧送されてくる側に配置され、たとえば、本実施形態の摺動部材１４として圧力を与え、記録シートＳをローラー１１から分離させる作用を有する。また、図示を省略するが、高圧摺動部は、ニップ形成部から記録シートが圧送されてくる側に配置され、摺動部材を介して圧力を与え、記録シートをローラーから分離させる構成とすることができる。この場合、摺動部材は高圧摺動部と無端ベルトとの間にシート状で配置されることが好ましい。

高圧摺動部１３３には、高摺動性、耐熱性、高強度、低熱伝導性および耐摩耗性を有する材質のものが要求される。また、上述のように本実施形態の摺動部材１４を、押圧部材１３の一部である高圧摺動部１３３として適用する場合、要求される性能を過不足なく満足できるので好ましい。このときの摺動部材１４の形状は、高圧摺動部１３３として必要とされる形状とすればよい。

高圧摺動部１３３は、さらに曲率κが０．１５以上１以下である曲面を備えることが好ましい。具体的には、高圧摺動部１３３のローラー１１と接する面および無端ベルト１２と接する面のそれぞれに、上記曲率κが与えられる。このような曲面を有することにより、高圧摺動部１３３においてニップ形成部１３２よりも高い面圧を記録シートＳに与え、記録シートＳをローラ−１１から分離することができ、ペーパージャムの発生を抑制することができる。また、このような曲面により、無端ベルト１２の内周面と高圧摺動部１３３との接触面積が減るため、摺動抵抗が低減し、摺動トルクを低減することができる。なお、高圧摺動部１３３が備える好ましい曲面の曲率κは０．１６５以上０．７以下である。

押圧部材１３の支持体部１３１を介してニップ形成部１３２と反対側の位置には、上述のように第２摺動部１３４が設けられる。第２摺動部１３４は無端ベルト１２と接触し、これを押圧する作用を有する。第２摺動部１３４には、加熱された無端ベルト１２に耐える耐熱性、低熱伝導性および高摺動性を有する材質のものが要求される。第２摺動部１３４にも、本実施形態の摺動部材１４を適用することができ、この場合、要求される性能を過不足なく満足できるので好ましい。このときの摺動部材１４の形状は、第２摺動部１３４として必要とされる形状とすればよい。なお本実施形態において、押圧部材の構成としては、第２摺動部に上記摺動部材を適用することに限定されず、摺動部材をシート状とし、この摺動部材を第２摺動部と無端ベルトとの間に配置する構成であってもよい。

定着装置１０がベルトニップ定着方式である場合、押圧部材１３には低い熱伝導性が求められる。このため支持体部１３１は、耐熱性、高強度、高い寸法安定性とともに、低熱伝導性を有する材質からなることが要求される。具体的には、支持体部１３１として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリイミド、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）といった耐熱性樹脂に、ガラス繊維、カーボン繊維などを配合した熱可塑性樹脂が好適に用いられる。ただし、本実施形態の摺動部材がアラミド繊維不織布シートなどの不織布繊維シートから構成することができ、これらが低い熱伝導性を有していることから、押圧部材および支持体部材としては、板金などの金属を用いることもできる。

＜ヒータ＞
本実施形態に係る定着装置１０は、ローラー１１または無端ベルト１２の少なくとも一方を加熱するヒーター１５を備える。図１に示すように、本実施形態においてヒーター１５は、ローラー１１の内部に配置されている。ヒーター１５として、コスト、耐久性の観点からハロゲンヒーターを用いることができる。なお、ヒーター１５を設置する箇所は、コスト、ウォームアップタイムの短縮、高速対応または消費電力などの各種の要求品質に応じ、適宜選択することが可能である。ヒーター１５は、ローラー１１または無端ベルト１２のいずれか一方に配置してもよく、両方に配置してもよい。

＜画像形成装置＞
以下、図３に基づき、本実施形態の画像形成装置について説明する。

画像形成装置１００は、図３に示すように、後述する定着部１に本実施形態の摺動部材を備えた定着装置１０を備えている。画像形成装置１００は、公知の電子写真方式により記録シートＳ上に画像を形成する装置であって、定着部１とともに、画像プロセス部２と、転写部３と、給紙部４と、制御部（図示省略）とを備える。画像形成装置１００は、ネットワーク（たとえばＬＡＮ）を介して外部の端末装置（図示省略）からプリントジョブを受け付け、このプリントジョブに基づいてカラーおよびモノクロのプリントを選択的に実行する。

画像プロセス部２は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の現像色に対応した作像部２１を有し、上記プリントジョブに基づいて各色からなるトナー像を作像する。転写部３は、一次転写ローラー３１および無端ベルト形状の中間転写体３２を有し、この中間転写体３２へ作像部２１で作像された各色からなるトナー像を、一次転写ローラー３１を用いて静電作用により転写する。

給紙部４は、上記の作像部２１でトナー像が作像されるタイミングに合わせ、給紙カセットから記録シートＳを１枚ずつ搬送路４１へ繰り出し、二次転写ローラー４２に向けて搬送する。搬送された記録シートＳは二次転写ローラー４２と中間転写体３２の間を通過する際に、中間転写体３２の上に形成されていたトナー像が二次転写ローラー４２の静電作用により記録シートＳに一括して二次転写される。

トナー像が二次転写された後の記録シートＳは、定着部１まで搬送される。そして、定着部１に備わる定着装置１０において、記録シートＳの表面にトナーを融着させて定着する。その後、排紙ローラーによって排紙トレイ上に排出される。このようにして、記録シートＳ上にトナー像に対応した画像が形成される。

なお、上述の説明はカラーモードを実行する場合の動作であるが、モノクロ、たとえばブラック色のプリント（モノクロモード）を実行する場合には、ブラック色用の作像部だけが駆動され、所定の各工程を経て記録シートＳにブラック色の画像形成（プリント）がなされる。

また制御部は、ネットワークを介して外部の端末装置から受け付けたプリントジョブのデータに基づき各部を制御し、円滑なプリント動作が実行されるようにしている。なお、画像形成装置１００は、装置本体の正面側かつ上側であり、ユーザの操作しやすい位置に、操作パネルが設けられる。操作パネルは、ユーザからの各種の指示を受け付けるボタンおよびタッチパネル式の液晶表示部などを備え、受け付けた指示内容を制御部に伝える。

このような画像形成装置として、たとえば複写機、プリンタ、デジタル印刷機、簡易印刷機などの電子写真方式の画像形成装置を挙げることができる。これらの画像形成装置は、乾式または湿式のいずれであっても良いが、乾式の画像形成装置とすることが特に有効である。画像形成装置は、本実施形態に係る摺動部材を有する定着装置を備えるので、長期間にわたって画像ノイズの発生が低減され、画像品質の高い画像を形成することができる。

本実施形態に係るいくつかの摺動部材について性能評価を行なったので、以下にその結果などについて説明する。摺動部材の性能評価を行なうのに、上記で説明した定着装置と同様の構成を備えるカラープリンタ（商品名：「ｍａｇｉｃｏｌｏｒ（登録商標）４７５０ＤＮ」、コニカミノルタ株式会社製）を用いた。具体的には、下記表１、表２に示す実施例１〜６および比較例１〜２の摺動部材を、上記カラープリンタの定着装置における押圧部材と無端ベルトとの間に配置した。特に実施例４〜６では、上記カラープリンタの定着装置の構成として、内周面の基材がシロキサン改質されている無端ベルトを採用した。

摺動部材の性能評価では、ローラーの温度を２００℃とし、定着装置のみを外部モータによって２５０ｍｍ／ｓｅｃの速度で５００時間にわたって連続駆動した。すなわち、記録シートに対する定着動作を実行することなく、５００時間にわたって定着装置を連続駆動することにより、無端ベルトと押圧部材との間で、摺動部材を５００時間連続で摺動させた。性能評価の方法は、駆動開始後すぐ（初期）の外部モータのトルク（Ｎ・ｍ）と、連続駆動が１００時間を経過するごとの外部モータのトルク（Ｎ・ｍ）とを測定し、その変化をモニタすることによって行なった。

なお、外部モータのトルクの測定条件は、以下のとおりである。
温度： ２００℃
駆動速度： ２５０ｍｍ／ｓ
設定荷重： １８０Ｎ

＜実施例１＞
（摺動部材の作製）
実施例１の摺動部材は、保持部材として目付量が６００ｇ／ｍ²であるアラミド繊維不織布シート（商品名：「コーネックス（登録商標）」、帝人株式会社製）を用い、この不織布シートへ反応性シロキサンとして遊離のアミノ基を有するアミノ変性シロキサン（商品名：「Ｘ−２２−１６１Ｂ」、信越化学工業株式会社製）を含浸させて作製した。具体的には、まず押圧部材のニップ形成部に厚み３ｍｍ、幅６ｍｍのアラミド繊維不織布シートを配置し、高圧摺動部に厚み１ｍｍ、幅６ｍｍのアラミド繊維不織布シートを配置し、第２摺動部に厚み２ｍｍ、幅６ｍｍの上記アラミド繊維不織布シートを配置し、それぞれ耐熱性両面テープで固定した。続いて、ニップ形成部、高圧摺動部、第２摺動部のアラミド繊維不織布シートへ、アミノ変性シロキサンをそれぞれ３ｇ、１ｇ、２ｇを含浸させ、これらを加熱してシロキサン改質を行なった。このシロキサン改質では、露点−２０℃以下となるドライエアーを押圧部材に対して送風しながら、２００℃および１時間の条件で加熱し、焼成した。

＜実施例２＞
（摺動部材の作製）
実施例２では、反応性シロキサンとして遊離のエポキシ基を有するエポキシ変性シロキサン（商品名：「Ｘ−２２−１６３Ｂ」、信越化学工業株式会社製）に変更し、それ以外は、実施例１と同様として摺動部材を作製した。

＜実施例３＞
（摺動部材の作製）
実施例３では、反応性シロキサンとして遊離のカルボニル基を有するメタクリル変性シロキサン（商品名：「Ｘ−２２−１６４Ｂ」、信越化学工業株式会社製）に変更し、それ以外は、実施例１と同様として摺動部材を作製した。

＜実施例４＞
（摺動部材の作製）
実施例１と同じ摺動部材を作製した。

（無端ベルト内周面のシロキサン改質）
実施例４では、無端ベルトの内周面の基材に対してもシロキサン改質を行なった。具体的には、ポリイミドワニス（ポリイミド固形分：２０ｗｔ％、溶媒：Ｎ−メチル−２−ピロリドン）１００重量部に、遊離のアミノ基を有するアミノ変性シロキサン（商品名：「ＫＦ３９３」、信越化学工業株式会社製）を１重量部添加し、撹拌して、反応性シロキサン含有ポリイミドワニス混合物を得た。次に、無端ベルトとして外周面がフッ素チューブで被覆されているポリイミド樹脂ベルト（フッ素チューブの厚みが２０μｍ、ポリイミド樹脂層の厚みが１００μｍ）を用意し、この内周面に、上記混合物を厚みが１００μｍとなるよう塗布した。その後、このポリイミド樹脂ベルトに対し、露点−２０℃以下でドライエアーを送風しながら、２００℃および１時間の条件で加熱し、焼成し、内周面に約２０μｍのシロキサン改質ポリイミド層を有する無端ベルトを作製した。

＜実施例５＞
（摺動部材の作製）
実施例２と同じ摺動部材を作製した。

（ベルト内周面のシロキサン改質）
実施例５でも、無端ベルトの内周面の基材に対してシロキサン改質を行ない、反応性シロキサンとして遊離のエポキシ基を有するエポキシ変性シロキサン（商品名：「ＫＦ−２２−３４３」、信越化学工業株式会社製）に変更し、それ以外は実施例４と同様として無端ベルトを作製した。

＜実施例６＞
（摺動部材の作製）
実施例３と同じ摺動部材を作製した。

（ベルト内周面のシロキサン改質）
実施例６でも、無端ベルトの内周面の基材に対してシロキサン改質を行ない、反応性シロキサンとして遊離のカルボニル基を有するメタクリル変性シロキサン（商品名：「Ｘ−２２−１６４」、信越化学工業株式会社製）に変更し、それ以外は、実施例４と同様として無端ベルトを作製した。

＜比較例１＞
（摺動部材の作製）
比較例１の摺動部材は、定着装置「ｍａｇｉｃｏｌｏｒ（登録商標）４７５０ＤＮ」に標準で装備されている摺動部材をそのまま用いた。この場合、保持部材としてＰＴＦＥ系の耐熱性シートが用いられる。また、この保持部材に含浸される潤滑剤は、非反応性のシリコンオイル（商品名：「ＫＦ−９６−３００ｃｓ」、信越化学工業株式会社製）である。

＜比較例２＞
（摺動部材の作製）
比較例２の摺動部材は、実施例１で用いた反応性シロキサンの代わりに、非反応性のシリコンオイル（商品名：「ＫＦ−９６−３００ｃｓ」、信越化学工業株式会社製）を用いた。具体的には、押圧部材のニップ形成部に厚み３ｍｍ、幅６ｍｍのアラミド繊維不織布シートを配置し、高圧摺動部に厚み１ｍｍ、幅６ｍｍのアラミド繊維不織布シートを配置し、第２摺動部に厚み２ｍｍ、幅６ｍｍの上記アラミド繊維不織布シートを配置し、それぞれ耐熱性両面テープで固定した。続いて、ニップ形成部、高圧摺動部、第２摺動部のアラミド繊維不織布シートへ、上記非反応性のシリコーンオイルをそれぞれ１．５ｇ、０．５ｇ、１添加し、シリコーンオイル含浸アラミド繊維不織布からなる摺動部材を作製した。

性能評価の結果を表１、表２に示す。また、図４において、各実施例および比較例において、駆動時間の経過とともに発生するトルクが変化していく様子をグラフで示した。

＜評価結果＞
表１、表２から実施例１〜６のように、摺動部材としてシロキサン改質アラミド繊維不織布シートを用いた場合、駆動開始後すぐ（初期）と４００時間駆動後とでトルク変動の幅が小さく、安定して長時間の使用に供し得ることが分かった。特に、実施例４〜６のように、無端ベルトの内周面の基材に対してもシロキサン改質を行なった場合、駆駆動開始後すぐ（初期）と４００時間駆動後とでトルク変動の幅がさらに小さくなり、長時間の使用における性能向上が確認された。

その一方で、比較例１は、駆動開始後すぐ（初期）と４００時間駆動後とでトルク変動の幅が大きく、異音とともにベルト破損が発生した。比較例２は、駆動開始後すぐ（初期）の初期と４００時間駆動後とでトルク変動の幅が大きく、異音が発生した。異音の発生は、潤滑剤の漏れなどによって潤滑剤が不足したことに起因することが考えられる。ベルト破損も、潤滑剤不足が深刻化したことより生じた不都合であると考えられる。

また、図４から実施例１〜６は、駆動開始後すぐ（初期）と同程度の摺動性を長時間維持することができることが理解される。その一方で、比較例１、２は、駆動開始後すぐ（初期）であれば実施例１〜３よりもトルクが低く、高摺動性を示すものの、駆動時間の経過とともにその摺動性が失われ、１００〜１５０時間経過後には、実施例１〜６よりも摺動性が低くなるという結果となった。なお比較例１ではベルト破損が発生したため、５００時間が経過する前に連続駆動を中止した。したがって、実施例１〜６は、摺動部材としてシロキサン改質アラミド繊維不織布シートを用いることで、潤滑剤の劣化に起因する耐久性能の低下を防ぎ、長時間の使用に供する摺動部材を提供することが理解される。

なお、本実施形態に係る摺動部材を備えた定着装置が適用される画像形成装置は、タンデム型カラーデジタルプリンタに限るものではなく、モノクロ画像を形成するプリンタであってもよい。さらに、プリンタに限らず、複写機、ＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｆｕｎｃｉｔｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）、ＦＡＸなど（いずれの場合にも、カラー画像用、モノクロ画像用のいずれでもよい）に適用することができる。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 定着部、１０ 定着装置（本発明）、１１ ローラー、１２ 無端ベルト、１３ 押圧部材、１３１ 支持体部、１３２ ニップ形成部、１３３ 高圧摺動部、１３４ 第２摺動部、１４ 摺動部材（本発明）、１５ ヒーター、２ 画像プロセス部、２１ 作像部、３ 転写部、３１ 一次転写ローラー、３２ 中間転写体、４ 給紙部、４１ 搬送路、４２ 二次転写ローラー、１００ 画像形成装置（本発明）、Ｓ 記録シート。

Claims (14)

1. 反応性の置換基を有するシロキサンと、該シロキサンを保持する保持部材とを含む、摺動部材。
2. 前記保持部材は、遊離のアミノ基および遊離のカルボニル基のいずれか一方または両方を有する耐熱性繊維を含む、請求項１に記載の摺動部材。
3. 前記耐熱性繊維は、アラミド繊維である、請求項２に記載の摺動部材。
4. 前記保持部材は、アラミド繊維からなる不織布である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動部材。
5. 前記反応性の置換基は、遊離のアミノ基、遊離のエポキシ基および遊離のカルボニル基から選ばれる１種以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の摺動部材。
6. 定着装置に用いられる請求項１〜５のいずれか１項に記載の摺動部材であって、
   前記定着装置は、
   互いに接触して共に回転するローラーおよび無端ベルトと、
   前記無端ベルトの内周側に配置され、前記無端ベルトの内周面を前記ローラーへ向けて押圧し、前記無端ベルトを前記ローラーとで挟む押圧部材と、を備え、
   前記摺動部材は、前記無端ベルトと前記押圧部材との間、または前記押圧部材の一部として配置されている、定着装置用摺動部材。
7. 互いに接触して共に回転するローラーおよび無端ベルトと、
   前記無端ベルトの内周側に配置され、前記無端ベルトの内周面を前記ローラーへ向けて押圧し、前記無端ベルトを前記ローラーとで挟む押圧部材と、
   前記無端ベルトと前記押圧部材との間、または前記押圧部材の一部として配置されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の摺動部材と、を備え、
   前記無端ベルトの内周面に含まれる基材は、遊離のアミノ基または遊離のカルボニル基の少なくともいずれかを有する、定着装置。
8. 前記基材は、ポリイミド樹脂である、請求項７に記載の定着装置。
9. 前記基材は、前記反応性の置換基を有するシロキサンを含む、請求項７または請求項８に記載の定着装置。
10. 前記押圧部材は、ニップ形成部と高圧摺動部とを有し、
    前記ニップ形成部は、前記無端ベルトの内周側において前記ローラーに隣接させて配置され、前記摺動部材として、または前記摺動部材を介して前記無端ベルトの内周面を押圧し、前記ローラーとで紙葉を圧送し、
    前記高圧摺動部は、前記ニップ形成部から前記紙葉が圧送されてくる側に配置され、前記摺動部材として、または前記摺動部材を介して圧力を与えて前記紙葉を前記ローラーから分離させる、請求項７〜９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記高圧摺動部は、曲率κが０．１５以上１以下となる曲面を有する、請求項１０に記載の定着装置。
12. 前記ローラーまたは前記無端ベルトの少なくとも一方を加熱するヒーターを備える、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の定着装置。
13. 請求項７〜１２のいずれか１項に記載の定着装置を備える、画像形成装置。
14. 保持部材を備える摺動部材の製造方法であって、
    反応性の置換基を有するシロキサンを前記保持部材に含浸させる工程と、
    前記シロキサンを含浸させた前記保持部材を加熱焼成し、前記シロキサンを前記保持部材に保持させる工程と、を含む、摺動部材の製造方法。

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