JP2017161776A - 定着部材、定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

定着部材、定着装置、及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】接着層と表面層との層間剥離力の低下を抑制する定着部材の提供。
【解決手段】基材110Aと、基材上に設けられ、熱硬化型シリコーンゴムを含む組成物の硬化物で構成された弾性層110Bと、弾性層上に設けられ、紫外線硬化型シリコーンゴムを含む組成物の硬化物で構成された接着層110Cと、接着層110C上に設けられた表面層110Dと、を有する定着部材。
【選択図】図1

Description

本発明は、定着部材、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(複写機、ファクシミリ、プリンタ等)では、記録材上に形成された未定着のトナー像を定着装置によって定着して画像が形成される。
例えば、特許文献1には、「記録媒体上のトナー像を加熱して当該記録媒体に定着させるプロセスに用いられる定着部材であって、最表層が弾性体で形成され、剥離応力が20N/cm以下であることを特徴とする定着部材」が開示されている。
特開2013−003419号公報
本発明の課題は、基材、基材上に設けられた弾性層、弾性層上に設けられた接着層、及び接着層上に設けられた表面層を有する定着部材において、弾性層および接着層に用いるシリコーンゴムが熱硬化型シリコーンゴムである場合に比べ、接着層と表面層との層間剥離力の低下を抑制する定着部材を提供することである。
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、
基材と、
前記基材上に設けられ、熱硬化型シリコーンゴムを含む組成物の硬化物で構成された弾性層と、
前記弾性層上に設けられ、紫外線硬化型シリコーンゴムを含む組成物の硬化物で構成された接着層と、
前記接着層上に設けられた表面層と、
を有する定着部材。
請求項2に係る発明は、
前記接着層の組成物が、接着性付与成分を含む請求項1に記載の定着部材。
請求項3に係る発明は、
前記接着層の厚さが、3μm以上300μm以下である請求項1又は請求項2に記載の定着部材。
請求項4に係る発明は、
第1回転体と、第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、を備え、
前記第1回転体及び前記第2回転体の少なくとも一方が、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の定着部材である定着装置。
請求項5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手段と、
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手段と、
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手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着手段であって、請求項4に記載の定着装置である定着手段と、
を備える画像形成装置。
請求項1に係る発明によれば、基材、基材上に設けられた弾性層、弾性層上に設けられた接着層、及び接着層上に設けられた表面層を有する定着部材において、弾性層および接着層に用いるシリコーンゴムが熱硬化型シリコーンゴムである場合に比べ、接着層と表面層との層間剥離力の低下を抑制する定着部材が提供される。
請求項2に係る発明によれば、接着層が紫外線硬化型シリコーンゴムのみ用いる場合に比べ、接着層と表面層との層間剥離力の低下を抑制する定着部材が提供される。
請求項3に係る発明によれば、接着層の厚みが3μm未満、又は300μmを超える場合に比べ、接着層と表面層との層間剥離力の低下を抑制する定着部材が提供される。
請求項4、5に係る発明によれば、弾性層および接着層に用いるシリコーンゴムが熱硬化型シリコーンゴムである定着部材を備えた場合に比べ、接着層と表面層との層間剥離力の低下を抑制する定着部材を備えた定着装置、及び画像形成装置が提供される。
本実施形態に係る定着部材の一例を示す模式断面図である。 第1実施形態に係る定着装置の一例を示す概略構成図である。 第2実施形態に係る定着装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
以下、本発明の一例である実施形態について説明する。
なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明は適宜省略する場合がある。
[定着部材]
本実施形態に係る定着部材について説明する。
図1は、本実施形態に係る定着部材の一例を示す概略断面図である。
本実施形態に係る定着部材110は、図1に示すように、例えば、基材110Aと、基材110A上に設けられた弾性層110Bと、弾性層110B上に設けられた接着層110Cと、接着層110C上に設けられた表面層110Dと、を有している。そして、弾性層110Bは、熱硬化型シリコーンゴムを含む組成物(以下、「熱硬化型シリコーンゴム組成物」とも称する)の硬化物で構成されており、接着層110Cは、紫外線硬化型シリコーンゴムを含む組成物「以下、「紫外線硬化型シリコーンゴム組成物」とも称する」の硬化物で構成されている。
なお、本実施形態に係る定着部材110は、上記層構成に限られず、必要に応じて、例えば、基材110Aと弾性層110Bとの間に金属層やその保護層を介在させた層構成であってもよい。
ここで、従来、定着部材において、弾性層110Bおよび接着層110Cを構成する材料として、熱硬化型(例えば、加熱硬化型)のシリコーンゴム組成物の硬化物が用いられており、その製造方法の一例としては、次に示す方法が挙げられる。
まず、基材上に、液状の熱硬化型シリコーンゴム組成物の弾性層形成用塗布液を塗布した後、硬化させて弾性層を形成する。次に、硬化した弾性層上に、液状の熱硬化型シリコーン組成物の接着層形成用塗布液を溶剤により希釈して塗布した後、加熱乾燥して接着層を形成する。その後、表面層を形成する材料として、例えば、内面に改質処理を施したテトラフルオロエチレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)チューブを準備し、接着層上に被覆して表面層を形成する。そして、焼成して層間を接着させて、定着部材を製造する。
しかしながら、上記に挙げた製造方法で製造した定着部材は、特に、接着層110Cと表面層110Dと間の層間接着力が発現され難い場合があり、接着層110Cと表面層110Dと間の層間接着性が低下する場合がある。この現象は、接着層形成用塗布液に含有している溶剤を揮発させるための加熱乾燥を行うときに、接着層形成用塗布液に含まれる触媒の一部が活性となる。そして、接着層の硬化反応の一部(接着層に接着性付与成分を含有している場合には、接着層の硬化反応、及び接着性付与成分の反応の一部)が進行してしまうことに起因すると考えられる。
これに対して、本実施形態に係る定着部材110では、熱硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物で構成される弾性層110Bと、紫外線硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物で構成される接着層110Cとを有することにより、接着層と表面層との層間剥離力の低下が抑制される。
基材上に、液状の加熱硬化型シリコーンゴム組成物の弾性層形成用塗布液を塗布して弾性層形成用塗膜を形成した後、液状の紫外線硬化型シリコーンゴム組成物の接着層形成用塗布液を続けて塗布して接着層形成用塗膜を形成して加熱乾燥すると、基材上に硬化した弾性層110Bが形成され、弾性層110B上に未硬化の接着層110Cが形成される。そして、未硬化の接着層110Cの表面上に、表面層となる材料(例えば、PFA)を被覆した後、紫外線を照射することにより、硬化した接着層110Cが形成される。そのため、紫外線硬化型シリコーンゴム組成物の接着層形成用塗布液は、加熱されても、接着層形成用塗布液に含まれる触媒の一部が活性となることが抑制され、接着層の硬化反応が進行することが抑制される。その結果として、本実施形態に係る定着部材110は、接着層と表面層との層間剥離力の低下が抑制されると推測される。
ところで、基材上に、紫外線硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物で構成された弾性層を設けることも考えられるが、紫外線硬化型シリコーンゴム組成物は、紫外線で硬化させる点で、透過性を高くする必要がある。そのため、例えば、紫外線硬化型シリコーンゴム組成物の弾性層形成用の塗布液には、各種添加剤を添加し難くなる。その結果、熱硬化型シリコーンゴムの硬化物で構成された弾性層に比べて、弾性特性、耐熱性、強度等(層間剥離力も含む)の特性が低くなり、弾性層として機能が低下し易い。したがって、本実施形態の定着部材は、熱硬化型シリコーンゴムの硬化物で構成された弾性層を有している。
なお、上記に例示した従来の製造方法による定着部材は、弾性層の加熱硬化、接着層の溶剤揮発乾燥、及び焼成の三度の加熱を行っている。これに対し、本実施形態に係る定着部材110によれば、加熱工程を削減可能であることによりコストも抑制される。
以下、本実施形態に係る定着部材110の構成要素について詳細に説明する。なお、符号は省略して説明する。
(定着部材の形状)
本実施形態に係る定着部材は、ロール状であってもよいし、ベルト状であってもよい。
(基材)
定着部材がロール状の場合、基材としては、例えば、金属(アルミ、SUS、鉄、銅等)、合金、セラミックス、FRM(繊維強化メタル)等で構成された円筒体が挙げられる。
定着部材がロール状の場合、基材の外径及び肉厚は、例えば、外径10mm以上50mm以下であることがよく、例えば、アルミニウム製の場合は厚さ0.5mm以上4mm以下、SUS(ステンレス鋼)製又は鉄製の場合は厚さ0.1mm以上2mm以下である。
一方、定着部材がベルト状の場合、基材としては、例えば、金属ベルト(例えば、ニッケル、アルミニウム、ステンレス等の金属ベルト)、樹脂ベルト(例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール等の樹脂ベルト)が挙げられる。
なお、樹脂ベルトには導電性粉体などを添加分散して、体積抵抗率が制御されていてもよい。具体的には、樹脂ベルトとしては、例えば、カーボンブラックを添加・分散して、体積抵抗率を制御したポリイミドベルトが挙げられる。また、樹脂ベルトとしては、例えば、長尺のポリイミドシートの両端部をパズル上に組合せ、熱圧着部材を用いて熱圧着し、ベルト状に仕立てたものも挙げられる。
定着部材がベルト状の場合、基材の厚みは、例えば、20μm以上200μm以下であることがよく、望ましくは30μm以上150μm以下、より望ましくは40μm以上130μm以下である。
(弾性層)
弾性層は、熱硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物で構成される。弾性層は、従来公知の加熱硬化型シリコーンゴム組成物、及び室温硬化型シリコーンゴム組成物(室温硬化型シリコーンゴムを含む組成物)のいずれかを硬化させることにより得られる。中でも、弾性層は、液状の熱硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物で構成されることが好ましい。
熱硬化型シリコーンゴム組成物に含まれる熱硬化型シリコーンゴムは、加熱硬化型シリコーンゴム(HTVシリコーンゴム)、及び室温硬化型シリコーンゴム(RTVシリコーンゴム)のいずれの硬化型シリコーンゴムであってもよい。具体的には、例えば、熱硬化型、又は室温硬化型のポリジメチルシリコーンゴム(MQ)、メチルビニルシリコーンゴム(VMQ)、メチルフェニルシリコーンゴム(PMQ)等が挙げられる。
弾性層を形成するための熱硬化型シリコーンゴム組成物としては、例えば、1分子中にアルケニル基を2個以上有するオルガノポリシロキサンと、1分子中にSiH基を2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金族金属系硬化触媒とを含有する熱硬化型シリコーンゴム組成物等が挙げられる。熱硬化型シリコーンゴム組成物としては、具体的には、例えば、KE−1935A/B、KE−1950−60A/B、KEG−2000−40A/B等(いずれも、信越化学工業社製)が挙げられる。
弾性層には、各種添加剤が配合されてもよい。添加剤としては、例えば、補強剤(カーボンブラック等)、充填剤(炭酸カルシウム等)、軟化剤(パラフィン系等)、加工助剤(ステアリン酸等)、老化防止剤(アミン系等)、加硫剤(硫黄、金属酸化物、過酸化物等)、機能性充填剤(アルミナ等)等が挙げられる。
弾性層の厚みは、例えば、30μm以上1mm以下であることがよく、望ましくは100μm以上500μm以下である。
(接着層)
接着層は、紫外線硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物で構成される。紫外線硬化型シリコーンゴムとしては、従来公知の紫外線硬化型シリコーンゴム組成物を硬化させることにより得られる。中でも、紫外線硬化型シリコーンゴムとしては、液状の紫外線硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物が好ましい。紫外線硬化型シリコーンゴム組成物に含まれる紫外線硬化型シリコーンゴムとしては、紫外線硬化型のシリコーンゴムであれば特に限定されないが、具体的には、例えば、紫外線硬化型のポリジメチルシリコーンゴム(MQ)、メチルビニルシリコーンゴム(VMQ)、メチルフェニルシリコーンゴム(PMQ)等が挙げられる。
紫外線硬化型シリコーンゴムを得るための紫外線硬化型シリコーンゴム組成物としては、例えば、1分子中にアルケニル基を2個以上有するオルガノポリシロキサン、1分子中にSiH基を2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び光活性硬化触媒を含有する紫外線硬化型シリコーンゴム組成物等が挙げられる。紫外線硬化型シリコーンゴム組成物としては、具体的には、例えば、KER−4130M−UV、KER−4000−UV(いずれも、信越化学工業社製)等が挙げられる。
接着層を構成する材料は、接着性付与成分を含有していてもよい。接着性付与成分としては、例えば、アルコキシシラン化合物が挙げられる。このアルコキシシラン化合物は、例えば、ビニル基、エポキシ基、(メタ)アクリロキシ基(「(メタ)アクリロキシ」はアクリロキシ、及びメタアクリロキシを含む)等の官能基を含有する官能基含有アルコキシシラン化合物が挙げられる。接着性付与成分としては、例えば、具体的には、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、アリルトリエトキシシラン等が挙げられる。
接着性付与成分の含有量としては、特に制限はないが、接着層の全固形分に対して、0.5質量%以上20質量%以下であることがよい。
また、接着層には、各種添加剤が配合されてもよい。添加剤としては、弾性層に配合されてもよい各種添加剤と同様の添加剤が挙げられる。
接着層の厚みは、例えば、3μm以上300μm以下であることがよく、5μm以上100μm以下であることが好ましく、10μm以上30μm以下であることがより好ましい。この範囲の厚さであると、表面層と接着層との間の層間剥離力の低下がより抑制され易い。
(表面層)
表面層は、例えば、耐熱性離型材料を含んで構成される。
耐熱性離型材料としては、フッ素ゴム、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
これらの中でも、耐熱性離型材料としては、フッ素樹脂がよい。フッ素樹脂を含む表面層は、薄膜化するとシワを発生し易いが、本実施形態では、当該表面層のシワが抑制される。
このようなフッ素樹脂として具体的には、例えば、テトラフルオロエチレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリエチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリクロロ三フッ化エチレン(PCTFE)、フッ化ビニル(PVF)等が挙げられる。
表面層の厚みは、100μm以下であるが、例えば、5μm以上50μm以下であることがよく、望ましくは10μm以上40μm以下である。
なお、表面層を形成するためのチューブには、接着層との接着性を高めるため、内面に予め接着処理が施されてもいてもよい。この接着処理としては、例えば、液体アンモニア処理、ナトリウムナフタレン処理、エキシマレーザ処理、プラズマ処理が挙げられる。
次に、定着部材の製造方法について説明する。
定着部材の製造方法としては、例えば、基材上に、熱硬化型シリコーンゴム組成物の弾性層形成用塗布液を塗布して弾性層形成用塗膜を形成する工程と、弾性層形成用塗膜上に、紫外線硬化型シリコーンゴム組成物の接着層形成用塗布液を塗布して接着層形成用塗膜を形成する工程と、加熱乾燥することにより、弾性層形成用塗膜を硬化して熱硬化型シリコーンゴム組成物が硬化された弾性層を形成する工程と、接着層形成用塗膜上に表面層を被覆する工程と、表面層の表面側から紫外線を照射することにより、接着層形成用塗膜を硬化して紫外線硬化型シリコーンゴムが硬化された接着層を形成する工程と、を有する。
以下、定着部材の製造方法について具体的に説明するが、これに限られるわけではない。
まず、基材として、例えば、ベルト状の基材を準備する。
次に、準備した基材上に、例えば、熱硬化型シリコーンゴム組成物の弾性層形成用塗布液を、ブレード塗布法等の公知の方法により塗布して弾性層形成用塗膜を形成する。この塗膜の上に、紫外線硬化型シリコーンゴム組成物の接着層形成用塗布液をブレード塗布法等の公知の方法により塗布して接着層形成用塗膜を形成する。
次に、弾性層形成用塗膜と、接着層形成用塗膜とを設けた部材を加熱乾燥する。この加熱乾燥により、弾性層形成用塗膜が硬化され、弾性層が形成される。加熱乾燥の温度条件としては、弾性層形成用塗膜が硬化される条件であれば、特に限定されないが、例えば、100℃以上230℃以下が挙げられる。
なお、室温硬化型シリコーンゴム組成物を用いた場合、室温硬化型シリコーンゴム組成物が硬化する温度以下(例えば、60℃以下)で弾性層形成用塗膜、および接着層形成用塗膜を形成した後、例えば、80℃以上200℃以下に加熱すればよい。
弾性層形成用塗膜を形成した後、加熱乾燥し、弾性層形成用塗膜を硬化させた弾性層を形成した後、硬化した弾性層の上に、上記の接着層形成用塗膜を形成してもよい。ただし、弾性層と接着層との間の層間剥離力の低下を抑制し易くなる点で、弾性層形成用塗膜上に、接着層形成用塗膜を形成した後、加熱乾燥し、弾性層形成用塗膜を硬化した弾性層を形成するほうが好ましい。これは、未硬化の弾性層形成用塗膜の上に未硬化の接着層形成用塗膜して加熱乾燥することで、両者の塗膜の境界には界面が混ざりながら硬化され、硬化した弾性層と未硬化の接着層形成用塗膜が形成されるためと考えられる。
続いて、接着層形成用の塗膜の上に、耐熱性離型材料を用いて製造した管状体(チューブ)を被覆する。そして、チューブの表面側から、水銀蒸気ランプ、メタルハライドランプ、発光ダイオード(LED)素子等の公知の紫外線を発する光源を備えた紫外線照射機により紫外線を照射する。紫外線を照射する光量は、接着層形成用の塗膜が硬化する光量であれば、特に制限されないが、例えば、積算光量で、1,000mJ/cm以上10,000mJ/cm以下が挙げられる。
以上の工程を経て、定着部材が得られる。
(定着部材の用途)
本実施形態に係る定着部材は、例えば、加熱ベルト、加圧ベルトのいずれにも適用される。なお、加熱ベルトとしては、電磁誘導方式により加熱する加熱ベルト、外部の熱源から加熱する加熱ベルトのいずれであってもよい。
但し、本実施形態に係る定着部材を電磁誘導方式により加熱する加熱ベルトに適用する場合、基材と弾性層との間に、電磁誘導により発熱する金属層(発熱層)を設けることがよい。
[定着装置]
本実施形態に係る定着装置としては、種々の構成があり、例えば、第1回転体と、第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、を備える。そして、第1回転体及び第2回転体の少なくとも一方として、本実施形態に係る定着部材が適用される。
以下に、第1及び2実施形態として、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。そして、第1及び2実施形態において、本実施形態に係る定着部材は、加熱ベルト、及び加圧ロールのいずれにも適用され得る。
なお、本実施形態に係る定着装置は、第1及び第2実施形態に限られず、加熱ロール又は加熱ベルトと加圧ベルトとを備えた定着装置であってよい。そして、本実施形態に係る定着部材は、加熱ロール、加熱ベルト及び加圧ベルトのいずれにも適用され得る。
また、本実施形態に係る定着装置は、第1及び第2実施形態に限られず、電磁誘導加熱方式の定着装置であってもよい。
(定着装置の第1実施形態)
第1実施形態に係る定着装置について説明する。図2は、第1実施形態に係る定着装置の一例を示す概略図である。
第1実施形態に係る定着装置60は、図2に示すように、例えば、回転駆動する加熱ロール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、加圧ベルト62を介して加熱ロール61を押圧する押圧パッド64(押圧部材の一例)とを備えて構成されている。
なお、押圧パッド64は、例えば、加圧ベルト62と加熱ロール61とが相対的に加圧されていればよい。従って、加圧ベルト62側が加熱ロール61に加圧されてもよく、加熱ロール61側が加熱ロール61に加圧されてもよい。
加熱ロール61の内部には、ハロゲンランプ66(加熱手段の一例)が配設されている。加熱手段としては、ハロゲンランプに限られず、発熱する他の発熱部材を用いてもよい。
一方、加熱ロール61の表面には、例えば、感温素子69が接触して配置されている。この感温素子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の表面温度が目的とする設定温度(例えば、150℃)を維持される。
加圧ベルト62は、例えば、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。そして、挟込領域N(ニップ部)において押圧パッド64により加熱ロール61に対して押圧されて配置されている。
押圧パッド64は、例えば、加圧ベルト62の内側において、加圧ベルト62を介して加熱ロール61に加圧される状態で配置され、加熱ロール61との間で挟込領域Nを形成している。
押圧パッド64は、例えば、幅の広い挟込領域Nを確保するための前挟込部材64aを挟込領域Nの入口側に配置し、加熱ロール61に歪みを与えるための剥離挟込部材64bを挟込領域Nの出口側に配置している。
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、例えば、前挟込部材64a及び剥離挟込部材64bの加圧ベルト62と接する面にシート状の摺動部材68が設けられている。そして、押圧パッド64と摺動部材68とは、金属製の保持部材65に保持されている。
なお、摺動部材68は、例えば、その摺動面が加圧ベルト62の内周面と接するように設けられており、加圧ベルト62との間に存在するオイルの保持・供給に関与する。
保持部材65には、例えば、ベルト走行ガイド63が取り付けられ、加圧ベルト62が回転する構成となっている。
加熱ロール61は、例えば、図示しない駆動モータにより矢印S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矢印R方向へ回転する。すなわち、例えば、加熱ロール61が図2における時計方向へ回転するのに対して、加圧ベルト62は反時計方向へ回転する。
そして、未定着トナー像を有する用紙K(記録媒体の一例)は、例えば、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。
第1実施形態に係る定着装置60では、例えば、加熱ロール61の外周面に倣う凹形状の前挟込部材64aにより、前挟込部材64aがない構成に比して、広い挟込領域Nを確保される。
また、第1実施形態に係る定着装置60では、例えば、加熱ロール61の外周面に対し突出させて剥離挟込部材64bを配置することにより、挟込領域Nの出口領域において加熱ロール61の歪みが局所的に大きくなるように構成されている。
このように剥離挟込部材64bを配置すれば、例えば、定着後の用紙Kは、剥離挟込領域を通過する際に、局所的に大きく形成された歪みを通過することになるので、用紙Kが加熱ロール61から剥離しやすい。
剥離の補助手段として、例えば、加熱ロール61の挟込領域Nの下流側に、剥離部材70を配設されている。剥離部材70は、例えば、剥離爪71が加熱ロール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と近接する状態で保持部材72によって保持されている。
(定着装置の第2実施形態)
第2実施形態に係る定着装置について説明する。図3は、第2実施形態に係る定着装置の一例を示す概略図である。
第2実施形態に係る定着装置80は、図3に示すように、例えば、加熱ベルト84(第1回転体の一例)を備える定着ベルトモジュール86と、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た加圧ロール88(第2回転体の一例)とを含んで構成されている。そして、例えば、加熱ベルト84(定着ベルトモジュール86)と加圧ロール88とが接触する挟込領域N(ニップ部)が形成されている。挟込領域Nでは、用紙K(記録媒体の一例)が加圧及び加熱されトナー像が定着される。
定着ベルトモジュール86は、例えば、無端状の加熱ベルト84と、加圧ロール88側で加熱ベルト84が巻き掛けられ、モータ(不図示)の回転力で回転駆動すると共に加熱ベルト84をその内周面から加圧ロール88側へ押し付ける加熱押圧ロール89と、加熱押圧ロール89と異なる位置で内側から加熱ベルト84を支持する支持ロール90とを備えている。
定着ベルトモジュール86は、例えば、加熱ベルト84の外側に配置されてその周回経路を規定する支持ロール92と、加熱押圧ロール89から支持ロール90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と、加熱ベルト84(定着ベルトモジュール86)と加圧ロール88とが接触する領域である挟込領域Nの下流側において加熱ベルト84を内周面から張力を付与する支持ロール98とが設けられている。
そして、定着ベルトモジュール86は、例えば、加熱ベルト84と加熱押圧ロール89との間に、シート状の摺動部材82が介在するように設けられている。
摺動部材82は、例えば、その摺動面が加熱ベルト84の内周面と接するように設けられており、加熱ベルト84との間に存在するオイルの保持・供給に関与する。
ここで、摺動部材82は、例えば、その両端が支持部材96により支持された状態で設けられている。
加熱押圧ロール89の内部には、例えば、ハロゲンヒータ89A(加熱手段の一例)が設けられている。
支持ロール90は、例えば、アルミニウムで形成された円筒状ロールであり、内部にはハロゲンヒータ90A(加熱手段の一例)が配設されており、加熱ベルト84を内周面側から加熱するようになっている。
支持ロール90の両端部には、例えば、加熱ベルト84を外側に押圧するバネ部材(不図示)が配設されている。
支持ロール92は、例えば、アルミニウムで形成された円筒状ロールであり、支持ロール92の表面には厚み20μmのフッ素樹脂からなる離型層が形成されている。
支持ロール92の離型層は、例えば、加熱ベルト84の外周面からのトナーや紙粉が支持ロール92に堆積するのを防止するために形成されるものである。
支持ロール92の内部には、例えば、ハロゲンヒータ92A(加熱源の一例)が配設されており、加熱ベルト84を外周面側から加熱するようになっている。
つまり、例えば、加熱押圧ロール89と支持ロール90及び支持ロール92とによって、加熱ベルト84が加熱される構成となっている。
姿勢矯正ロール94は、例えば、アルミニウムで形成された円柱状ロールであり、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)が配置されている。
姿勢矯正ロール94には、例えば、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、加熱ベルト84の蛇行を制御するように構成されている。
一方、加圧ロール88は、例えば、回転自在に支持されると共に、図示しないスプリング等の付勢手段によって加熱ベルト84が加熱押圧ロール89に巻き回された部位に押圧されて設けられている。これにより、定着ベルトモジュール86の加熱ベルト84(加熱押圧ロール89)が矢印S方向へ回転移動するのに伴って、加熱ベルト84(加熱押圧ロール89)に従動して加圧ロール88が矢印R方向に回転移動するようになっている。
そして、未定着トナー像(不図示)を有する用紙Kは、矢印P方向に搬送され、定着装置80の挟込領域Nに導かれると、挟込領域Nに作用する圧力と熱とによって定着される。
なお、第2実施形態に係る定着装置80では、加熱源の一例としてハロゲンヒータ(ハロゲンランプ)を適用した形態を説明したが、これに限られず、ハロゲンヒータ以外の輻射ランプ発熱体(放射線(赤外線等)を発する発熱体)、抵抗発熱体(抵抗に電流を流すことによりジュール熱を発生させる発熱体:例えばセラミック基板に厚膜抵抗を有する膜を形成して焼成させたもの等)を適用してもよい。
[画像形成装置]
次に、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
本実施形態の画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、帯電された像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を備える。そして、定着手段として、本実施形態に係る定着装置が適用される。
以下、本実施形態に係る画像形成装置について図面を参照しつつ説明する。
図4は、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示した概略構成図である。
本実施形態に係る画像形成装置100は、図4に示すように、例えば、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って、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kと、各画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部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)させる二次転写部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、を備えている。また、画像形成装置100は、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
この定着装置60が既述の第1実施形態に係る定着装置60である。なお、画像形成装置100は、既述の第2実施形態に係る定着装置80を備える構成であってもよい。
画像形成装置100の各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、表面に形成されるトナー像を保持する像保持体の一例として、矢印A方向に回転する感光体11を備えている。
感光体11の周囲には、帯電手段の一例として、感光体11を帯電させる帯電器12が設けられ、潜像形成手段の一例として、感光体11上に静電潜像を書込むレーザ露光器13(図中露光ビームを符号Bmで示す)が設けられている。
また、感光体11の周囲には、現像手段の一例として、各色成分トナーが収容されて感光体11上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器14が設けられ、感光体11上に形成された各色成分トナー像を一次転写部10にて中間転写ベルト15に転写する一次転写ロール16が設けられている。
更に、感光体11の周囲には、感光体11上の残留トナーが除去される感光体クリーナ17が設けられ、帯電器12、レーザ露光器13、現像器14、一次転写ロール16及び感光体クリーナ17の電子写真用デバイスが感光体11の回転方向に沿って順次配設されている。これらの画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、中間転写ベルト15の上流側から、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の順に、略直線状に配置されている。
中間転写体である中間転写ベルト15は、ポリイミド又はポリアミド等の樹脂をベース層としてカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の加圧ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は10Ωcm以上1014Ωcm以下となるように形成されており、その厚みは、例えば、0.1mm程度に構成されている。
中間転写ベルト15は、各種ロールによって図4に示すB方向に目的に合わせた速度で循環駆動(回転)されている。この各種ロールとして、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を回転させる駆動ロール31、各感光体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を支持する支持ロール32、中間転写ベルト15に対して張力を与えると共に中間転写ベルト15の蛇行を防止する補正ロールとして機能する張力付与ロール33、二次転写部20に設けられる背面ロール25、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クリーニング背面ロール34を有している。
一次転写部10は、中間転写ベルト15を挟んで感光体11に対向して配置される一次転写ロール16で構成されている。一次転写ロール16は、芯体と、芯体の周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。芯体は、鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5Ωcm以上108.5Ωcm以下のスポンジ状の円筒ロールである。
そして、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、更に一次転写ロール16にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体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上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
二次転写部20は、背面ロール25と、中間転写ベルト15のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール22と、を備えて構成されている。
背面ロール25は、表面がカーボンを分散したEPDMとNBRのブレンドゴムのチューブ、内部はEPDMゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が10Ω/□以上1010Ω/□以下となるように形成され、硬度は、例えば、70°(アスカーC:高分子計器社製、以下同様。)に設定される。この背面ロール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、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール26が接触配置されている。
一方、二次転写ロール22は、芯体と、芯体の周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。芯体は鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5Ωcm以上108.5Ωcm以下のスポンジ状の円筒ロールである。
そして、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、更に二次転写ロール22は接地されて背面ロール25との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部20に搬送される用紙K上にトナー像を二次転写する。
また、中間転写ベルト15の二次転写部20の下流側には、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し、中間転写ベルト15の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ35が接離自在に設けられている。
なお、中間転写ベルト15、一次転写部10(一次転写ロール16)、及び二次転写部20(二次転写ロール22)が、転写手段の一例に該当する。
一方、イエローの画像形成ユニット1Yの上流側には、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K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(ホームポジションセンサ)42が配設されている。また、黒の画像形成ユニット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。この基準センサ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ており、この基準信号の認識に基づく制御部40からの指示により、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは画像形成を開始するように構成されている。
更に、本実施形態に係る画像形成装置では、用紙Kを搬送する搬送手段として、用紙Kを収容する用紙収容部50、この用紙収容部50に集積された用紙Kを予め定められたタイミングで取り出して搬送する給紙ロール51、給紙ロール51により繰り出された用紙Kを搬送する搬送ロール52、搬送ロール52により搬送された用紙Kを二次転写部20へと送り込む搬送ガイド53、二次転写ロール22により二次転写された後に搬送される用紙Kを定着装置60へと搬送する搬送ベルト55、用紙Kを定着装置60に導く定着入口ガイド56を備えている。
次に、本実施形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。
本実施形態に係る画像形成装置では、図示しない画像読取装置や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置により画像処理が施された後、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、移動編集等の各種画像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、レーザ露光器13に出力される。
レーザ露光器13では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームBmを画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各々の感光体11に照射している。画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各感光体11では、帯電器12によって表面が帯電された後、このレーザ露光器13によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって、Y、M、C、Kの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。より具体的には、一次転写部10において、一次転写ロール16により中間転写ベルト15の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト15の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。
トナー像が中間転写ベルト15の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト15は移動してトナー像が二次転写部20に搬送される。トナー像が二次転写部20に搬送されると、搬送手段では、トナー像が二次転写部20に搬送されるタイミングに合わせて給紙ロール51が回転し、用紙収容部50から目的とするサイズの用紙Kが供給される。給紙ロール51により供給された用紙Kは、搬送ロール52により搬送され、搬送ガイド53を経て二次転写部20に到達する。この二次転写部20に到達する前に、用紙Kは一旦停止され、トナー像が保持された中間転写ベルト15の移動タイミングに合わせて位置合わせロール(不図示)が回転することで、用紙Kの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。
二次転写部20では、中間転写ベルト15を介して、二次転写ロール22が背面ロール25に加圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Kは、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。その際に、給電ロール26からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール22と背面ロール25との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト15上に保持された未定着トナー像は、二次転写ロール22と背面ロール25とによって加圧される二次転写部20において、用紙K上に一括して静電転写される。
その後、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から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール22の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト55へと搬送される。搬送ベルト55では、定着装置60における最適な搬送速度に合わせて、用紙Kを定着装置60まで搬送する。定着装置60に搬送された用紙K上の未定着トナー像は、定着装置60によって熱及び圧力で定着処理を受けることで用紙K上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Kは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙収容部(不図示)に搬送される。
一方、用紙Kへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回転に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニング背面ロール34及び中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定的に解釈されるものではなく、種々の変形、変更、改良が可能であり、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは言うまでもない。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、「部」及び「%」はすべて質量基準である。
[実施例1]
無端ベルト状で、直径168mm、幅400mm、膜厚80μmのポリイミド(PI)基材を準備した
次に、液状の熱硬化型シリコーンゴム組成物(KE−1950−35A/B、信越化学工業社製)に、酢酸ブチルを15質量%添加して混合し、弾性層形成用塗布液を準備した。この弾性層形成用塗布液を、準備したPI基材上に、ブレード塗布法で厚さ500μmになるように塗布した。
続いて、液状の紫外線(UV)硬化型シリコーンゴム組成物(KER−4120M−UV、信越化学工業社製)に、n−ヘプタンを50質量%添加して混合し、接着層形成用塗布液を準備した。この接着層形成用塗布液を、PI基材上に形成した弾性層上に、ブレード塗布法にて厚さ10μmになるように塗布した。その後、熱風乾燥炉にて、110℃で20分加熱乾燥し、PI基材上に硬化した弾性層と未硬化の接着層を形成した。
次いで、内面を液体アンモニア処理により改質した直径165mm、幅500mm、厚さ30μmのPFAチューブを準備した。このPFAチューブを未硬化の接着層上に被覆し、未硬化の接着層とPFAチューブの内面とを被着させた。PFAチューブの表面側から紫外線照射機にて、積算光量5,000mJ/cmになるように紫外線を照射し、接着層を硬化させて実施例1の定着ベルトを得た。
[実施例2]
液状の紫外線硬化型シリコーンゴム組成物に、さらに、接着性付与成分として、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(GPTES)を10質量%添加した接着層形成用塗布液を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2の定着ベルトを得た。
[実施例3〜10]
表1に従って、接着層の厚さを変更した以外は、実施例1と同様にして、各実施例の定着ベルトを作製した。
[比較例1]
接着層形成用塗布液の液状の紫外線(UV)硬化型シリコーンゴム組成物(KER−4120M−UV、信越化学工業社製)を、液状の熱硬化型シリコーンゴム組成物(KE−1950−35A/B、信越化学工業社製)に変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例1の定着ベルトを得た。
[比較例2]
接着層形成用塗布液の液状の紫外線(UV)硬化型シリコーンゴム組成物(KER−4120M−UV、信越化学工業社製)を、液状の熱硬化型シリコーンゴム組成物(KE−1950−35A/B、信越化学工業社製)に変更した以外は、実施例2と同様にして、比較例2の定着ベルトを得た。
[比較例3]
弾性層形成用塗布液の液状の熱硬化型シリコーンゴム組成物(KE−1950−35A/B、信越化学工業社製)を、液状の紫外線(UV)硬化型シリコーンゴム組成物(KER−4120M−UV、信越化学工業社製)に変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例3の定着ベルトを得た。
[評価]
(層間剥離試験)
実施例、比較例で得た各々の定着ベルトについて、幅1.5cm×長さ10cmに切り出し試験用の試料を作製した。この試料を、ホットプレート上で加熱した状態で、表面層であるPFAチューブと、接着層との間の層間剥離力をフォースゲージにて測定した。層間剥離試験は、ベルト表面温度200℃、剥離速度2cm/秒、剥離方向180°で行った。結果を表1に示す。なお、層間剥離試験は、表1中で「初期」と表記している。
(層間剥離力維持性試験)
剥離力測定用試料と同じ大きさの試料を230℃に加熱したオーブンに入れ、温度230℃、1008時間経過後にオーブンから取り出して、層間剥離試験と同様の手順により層間剥離試験を行い層間剥離力維持性の評価を行った。結果を表1に示す。なお、層間剥離力維持性試験は、表1中で、230℃×1008時間経過後と表記している。
表1中、シリコーンゴム欄の「熱硬化型」は、「KE−1950−35A/B」(信越化学工業社製)、「UV硬化型」は、「KER−4120M−UV」(信越化学工業社製)をそれぞれ表す。また、表1中、「GPTES」は、「グリシドキシプロピルトリエトキシシラン」を表す。
上記結果から、本実施例は、比較例に比べ、層間剥離力が良好であることがわかる。また、本実施例は、比較例に比べ、230℃×1008時間経過後の層間剥離力についても、良好であることがわかる。
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
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
89A ハロゲンヒータ
89 加熱押圧ロール
90A ハロゲンヒータ
90 支持ロール
92A ハロゲンヒータ
92 支持ロール
94 姿勢矯正ロール
96 支持部材
98 支持ロール
100 画像形成装置
110 定着部材
110A 基材
110B 弾性層
110C 接着層
110D 表面層

Claims (5)

  1. 基材と、
    前記基材上に設けられ、熱硬化型シリコーンゴムを含む組成物の硬化物で構成された弾性層と、
    前記弾性層上に設けられ、紫外線硬化型シリコーンゴムを含む組成物の硬化物で構成された接着層と、
    前記接着層上に設けられた表面層と、
    を有する定着部材。
  2. 前記接着層の組成物が、接着性付与成分を含む請求項1に記載の定着部材。
  3. 前記接着層の厚さが、3μm以上300μm以下である請求項1又は請求項2に記載の定着部材。
  4. 第1回転体と、第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、を備え、
    前記第1回転体及び前記第2回転体の少なくとも一方が、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の定着部材である定着装置。
  5. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
    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手段と、
    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手段と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
    前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着手段であって、請求項4に記載の定着装置である定着手段と、
    を備える画像形成装置。
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JP2019056750A (ja) * 2017-09-20 2019-04-11 富士ゼロックス株式会社 定着部材、定着装置、及び画像形成装置

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