JP2020197670A - Fixing belt, fixing device, and image forming device - Google Patents
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- Fixing For Electrophotography (AREA)
Abstract
Description
本発明は、定着ベルト、定着装置および画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing belt, a fixing device and an image forming device.
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ、または、それらの複合機等の画像形成装置等に用いられる定着プロセスにおいて、省エネやコンパクト化によるコストダウン等が主流となり、摺動定着技術が多く用いられている。摺動定着技術では、主に定着ベルトの内周面と、それに対となるニップ形成部とで定着ベルトを滑らせることが多い。定着ベルトとニップ形成部を備える摺動部には潤滑剤が用いられていることが主流であり、摺動抵抗をいかに少なくするか技術開発が進んでいる。 Conventionally, in the fixing process used for image forming devices such as copiers, printers, facsimiles, or multifunction devices thereof, cost reduction by energy saving and compactification has become the mainstream, and sliding fixing technology is often used. .. In the sliding fixing technique, the fixing belt is often slid mainly on the inner peripheral surface of the fixing belt and the nip forming portion paired with the inner peripheral surface of the fixing belt. Lubricants are mainly used for the sliding parts provided with the fixing belt and the nip forming part, and technological development is progressing on how to reduce the sliding resistance.
例えば、特許文献1には、ベルト部材の内周面に固定部材が摺接する場合であっても、ベルト部材と固定部材との間に介在される潤滑剤が経時においても安定的に保持されて、ベルト部材や固定部材の摩耗が少なく耐久性の高い、定着装置および画像形成装置が提案されている。具体的には、固定部材とベルト部材との間には潤滑剤が介在される。そして、固定部材とベルト部材とは、双方の部材が摺接する摺接面にフッ素を含有する材料で形成された表面層をそれぞれ具備し、一方の表面層が多孔質状に形成され、少なくとも一方の表面層の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成される。 For example, in Patent Document 1, even when the fixing member is in sliding contact with the inner peripheral surface of the belt member, the lubricant interposed between the belt member and the fixing member is stably held over time. , A fixing device and an image forming device having high durability with less wear of the belt member and the fixing member have been proposed. Specifically, a lubricant is interposed between the fixing member and the belt member. The fixing member and the belt member each include a surface layer formed of a fluorine-containing material on the sliding contact surface where both members are in sliding contact, and one surface layer is formed in a porous shape, and at least one of them is formed. The surface energy of the surface layer of the lubricant is formed to be larger than the surface tension of the lubricant.
しかしながら、特許文献1の定着装置の場合には、摺動部に存在すべき潤滑剤の減少や、表面層が摩耗することで発生する摩耗粉の影響によって、摺動部の潤滑性が徐々に低下し、経時でユニットトルクが上昇してしまうおそれがある。ユニットトルクの上昇によって、摺動部に送られてくる紙のスリップの発生や、定着ベルトまたは加圧ローラが破損するおそれがある。 However, in the case of the fixing device of Patent Document 1, the lubricity of the sliding portion gradually increases due to the decrease of the lubricant that should be present in the sliding portion and the influence of the abrasion powder generated by the wear of the surface layer. It may decrease and the unit torque may increase over time. The increase in unit torque may cause slippage of the paper sent to the sliding part and damage to the fixing belt or pressure roller.
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、摺動抵抗を減らし、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性の高い定着ベルト、定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a highly reliable fixing belt, fixing device and image forming device capable of reducing sliding resistance and continuing stable sliding with a long life. The purpose is to do.
上記した課題を解決するために、本発明の定着ベルトは、円筒状基材と、前記円筒状基材の内周面に位置する摺動層と、を備え、前記摺動層の表面に固体潤滑剤粒子が偏在していることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the fixing belt of the present invention includes a cylindrical base material and a sliding layer located on the inner peripheral surface of the cylindrical base material, and is solid on the surface of the sliding layer. It is characterized in that the lubricant particles are unevenly distributed.
本発明の定着ベルトによれば、円筒状基材と、前記円筒状基材の内周面に位置する摺動層と、を備え、摺動層の表面に固体潤滑剤粒子が偏在していることで、定着ベルトとニップ部形成部材との接触面積を減少させることが可能となり、局所的に固体潤滑剤粒子とニップ部形成部材との接触が起こるため、摺動抵抗を減らすことができ、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性の高い定着装置を提供することができる。 According to the fixing belt of the present invention, a cylindrical base material and a sliding layer located on the inner peripheral surface of the cylindrical base material are provided, and solid lubricant particles are unevenly distributed on the surface of the sliding layer. As a result, the contact area between the fixing belt and the nip portion forming member can be reduced, and the solid lubricant particles and the nip portion forming member locally come into contact with each other, so that the sliding resistance can be reduced. It is possible to provide a highly reliable fixing device capable of continuing stable sliding with a long life.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。尚、既に説明した構成と同じ構成には、同じ符号を付すとともに説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same components as those already described are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
[定着装置]
図1に示す定着装置100は、紙等の記録媒体に着色材料としてトナーを定着する装置である。定着装置100は、本発明の一実施形態の定着ベルト101と、加圧ローラ102と、加熱部材103と、ニップ部形成部材104とを備える。
[Fixing device]
The
〈定着ベルト〉
定着ベルト101は、円筒状基材101aと、円筒状基材101aの内周面に位置する摺動層101bと、を備える(図2)。
<Fixing belt>
The
定着ベルト101は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材が用いられる。定着ベルト101の内周側に、ニッケルもしくはステンレス鋼等の金属材料またはポリイミド(PI)等の樹脂材料で形成された、円筒状基材101aを備えている(図2)。
As the
また、定着ベルト101の外周側に、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)またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等で形成された離型層101dを備えることができる(図2)。
Further, a
円筒状基材101aと離型層101dの間には、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴムまたはフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層101cを介在させてもよい(図2)。
An
また、円筒状基材101aよりも内周側、すなわち円筒状基材101aの内周面に摺動層101bを有する(図2)。摺動層101bは、例えば、PFAまたはPTFE等のようなフッ素樹脂からなる摺動性のある材料や、PIやポリアミドイミド(PAI)またはポリフェニレンサルファイド(PPS)等の、融点が高く高温条件下で使用が可能なバインダー樹脂等で構成された材料を含むベース201に、固体潤滑剤粒子が分散されて形成される。
Further, the sliding layer 101b is provided on the inner peripheral side of the
定着ベルト101は、低熱容量化を図るために、薄くかつ小径化されている場合がある。具体的には、定着ベルト101を構成する円筒状基材101a、摺動層101b、弾性層101c、離型層101dのそれぞれの厚さを、20〜50μm、5〜20μm、50〜300μm、5〜30μmの範囲に設定することができ、そして、定着ベルト101の全体の厚みが1mm以下になるように設定することができる。更に低熱容量を図るためには、定着ベルト101の全体の厚みを望ましくは0.2mm以下にするのがよく、更に望ましくは0.16mm以下にするのがよい。
The
また、定着ベルト101の直径は20〜50mmに設定することができる。更に低熱容量を図るためには、また、定着ベルト101の直径を30mm以下とするのが望ましい。
Further, the diameter of the
図3に、定着装置100の定着ベルト101の軸方向端部の概略を示す斜視図を示す。図3では、定着ベルト101の片側の端部の構成のみ図示しているが、定着ベルト101の反対側の端部も同様の構成となっている。以下、図3に基づき定着装置100の定着ベルト101の軸方向片側端部の構成について説明する。
FIG. 3 is a perspective view showing an outline of an axial end portion of the
図3に示すように、定着ベルト101の軸方向端部には、ベルト保持部材であるフランジ1001が挿入されることができ、定着ベルト101の軸方向端部は、このフランジ1001によって回転可能に保持されることができる。なお、フランジ1001は、定着ベルト101の寄り止めガイド部と回転ガイド部からなる。
As shown in FIG. 3, a
図3に示すように、定着ベルト101の端面とそれに対向するフランジ1001の対向面との間には、定着ベルト101の端部を保護する保護部材としてのスリップリング1002を設けることができる。定着ベルト101の寄り止めガイド部は回転しないため、寄り止めガイド部と定着ベルト101の端部との接触や定着ベルト101の回転にともなって寄り止めガイド部や定着ベルト101の磨耗が生じる場合がある。そこで、このような摩耗を防止するべく、定着ベルト101の回転にともなって回転可能なスリップリング1002を、定着ベルト101と寄り止めガイド部との間に備えることができる。スリップリング1002により、定着ベルト101に軸方向の寄りが生じた場合に、定着ベルト101の端部が寄り止めガイド部に直接当たるのを防止することができ、定着ベルト101やフランジ1001の端部の磨耗や破損を防ぐことができる。また、スリップリング1002は、フランジ1001の外周面に対して余裕をもって嵌めることができる。これにより、定着ベルト101の端部がスリップリング1002に接触した場合には、スリップリング1002は定着ベルト101と連れ回りしてもよく、また、スリップリング1002が連れ回りせず止まっていても構わない。また、フランジ1001は、定着装置100の側板に固定されていてもよい。
As shown in FIG. 3, a
スリップリング1002の材料としては、特に限定されないが、例えば、耐熱性を有するスーパーエンジニアプラスチックを用いることができる。具体的には、PPS、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、PAI、PTFE等を用いることが好ましい。
The material of the
なお、本実施形態では、定着ベルト101の内周面と接触する部材は、フランジ1001とニップ部形成部材104のみとすることができる。これらの部品以外に、定着ベルト101の内周面に接触して定着ベルト101の回転をガイドするような部材は存在しなくてもよい。
In the present embodiment, the members that come into contact with the inner peripheral surface of the fixing
[摺動層]
〈第1実施形態〉
摺動層101bの第1実施形態として、図4に摺動層200を示す。摺動層200の表面200aには、固体潤滑剤粒子202が偏在しており、表面200aに固体潤滑剤粒子202が均一に分散した状態ではない。
[Sliding layer]
<First Embodiment>
As the first embodiment of the sliding layer 101b, FIG. 4 shows the sliding
〈第2実施形態〉
摺動層101bの第1実施形態として、図5に摺動層300を示す。摺動層300の表面300aには、固体潤滑剤粒子として第1固体潤滑剤粒子301と、第2固体潤滑剤粒子302が偏在しており、表面300aに第1固体潤滑剤粒子301や第2固体潤滑剤粒子302が均一に分散した状態ではない。
<Second Embodiment>
As the first embodiment of the sliding layer 101b, the sliding
また、第2実施形態のように、偏在によって密集する第1固体潤滑剤粒子301の方が、偏在によって散在する第2固体潤滑剤粒子302よりも大きいことが好ましい。これにより、より摺動抵抗を減らすことができ、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性のより高い定着ベルトを得ることができる。
Further, as in the second embodiment, it is preferable that the first
摺動層200の表面200aの面積に対する固体潤滑剤粒子202が偏在する面積の割合は、1〜30%であることが好ましい。同様に、摺動層300の表面300aの面積に対する固体潤滑剤粒子301、302が偏在する面積の割合は、1〜30%であることが好ましい。この割合が1〜30%であることにより、摺動抵抗を減らし、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性の高い定着ベルトを得ることができる。この割合が1%未満の場合には、固体潤滑剤粒子とニップ部形成部材104との接触に加え、摺動層101bのベース201とニップ部形成部材104が直接接触する面積が大きくなることにより、摺動抵抗を減らす効果が十分に得られなくなるおそれがある。また、この割合が30%より高い場合には、局所的な固体潤滑剤粒子とニップ部形成部材との接触が局所的ではなくなることにより、摺動抵抗を減らす効果が不十分となるおそれがある。
The ratio of the area where the
摺動層200または300は、熱硬化性樹脂の硬化物を含んでもよい。熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド等が挙げられる。これらのいずれかを含むことにより、摺動層200や300の耐熱性を向上させることができる。特に、耐熱性を有する熱硬化性樹脂としてポリイミドまたはポリアミドイミド樹脂を含むことにより、耐熱性をより向上させることができる。熱硬化性樹脂の硬化物は、例えばベース201中に分散するように含まれてもよく、ベース201に含まれる熱可塑性樹脂と相溶した状態で含まれてもよい。また、熱可塑性樹脂によってベース201が形成されていてもよい。
The sliding
また、摺動層200または300は、固体潤滑剤粒子202、301または302は、グラファイト、フッ素樹脂および二硫化モリブデンから選ばれる1種以上であってもよい。これらの材料であれば、固体で潤滑性のある粒子を容易に形成することができる。
Further, in the sliding
固体潤滑剤粒子202、301または302は、一次粒子の凝集体から成る二次粒子として偏在していてもよい。二次粒子であることにより、摺動層の表面に固体潤滑剤粒子が偏在しやすくなる。その結果、定着ベルト101の摺動抵抗を減らし、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性の高い定着ベルト101を得ることができる。例えば、固体潤滑剤粒子202の一次粒子202aが凝集した二次粒子202bや(図4)、第1固体潤滑剤粒子301の一次粒子301aが凝集し、山状に隆起して凝集体となった二次粒子301b(図5)が挙げられる。
The
〈加圧ローラ〉
加圧ローラ102は、定着ベルト101の外周面101xを加圧するローラである。加圧ローラ102としては、例えば、定着ベルト101に対向して回転可能に設けられた対向回転体からなる加圧部材が挙げられる。
<Pressurized roller>
The pressurizing
具体的には、図6に示すように、芯金102a、弾性層102bおよび離型層102cによって構成することができる。なお、弾性層102bは、芯金102aの表面に配置されており、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴムまたはフッ素ゴム等で構成することができる。また、離型層102cは、弾性層102bの表面に設けられ、PFAまたはPTFE等で構成することができる。
Specifically, as shown in FIG. 6, it can be composed of a
加圧ローラ102は、加圧手段によって定着ベルト101側に向けて加圧されることにより、定着ベルト101を介してニップ部形成部材104に当接している。加圧ローラ102と定着ベルト101とが圧接する箇所では、加圧ローラ102の弾性層102bが押しつぶされることによって、所定の幅のニップ部1Nが形成されている。加圧ローラ102は、例えば画像形成装置に設けられているモータ等の駆動源によって回転駆動される。加圧ローラ102が回転駆動されると、その駆動力がニップ部1Nで定着ベルト101に伝達され、定着ベルト101が従回転駆動できるようになっている。また、回転駆動源が定着ベルト101側にあり、ニップ部1Nより伝達された駆動力が加圧ローラ102に伝わることで、加圧ローラ102が従回転駆動する構成をとることもできる。
The pressurizing
本実施形態では、加圧ローラ102を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ102の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配置してもよい。
In the present embodiment, the
また、加圧ローラ102として弾性層102bがない態様をとることも可能である。この場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着のトナーをニップ部1Nで押しつぶして定着させるときに、定着ベルト101の表面にある微小な凹凸が画像に転写されて、画像のベタ部に光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するためには、厚さ100μm以上の弾性層102bを設けることが望ましい。厚さ100μm以上の弾性層102bを設けることによって弾性層102bの弾性変形によって微小な凹凸を吸収することができる。その結果、光沢ムラの発生を防止することができるようになる。
It is also possible to take a mode in which the
弾性層102bは、ソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ102の内部に加熱源がない場合は、発泡性のスポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まるため、定着ベルト101の熱がニップ部1Nを伝わって奪われにくくなるので望ましい。また、加圧ローラ102と定着ベルト101は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。
The
なお、本実施形態では、加圧ローラ102の直径は20〜50mmに設定することが可能である。例えば、定着ベルト101の直径と加圧ローラ102の直径は等しくなるよう設定されることが多い。ただし、この構成に限定されるものではなく、例えば、定着ベルト101の直径が、加圧ローラ102の直径よりも小さくなるように構成してもよい。この場合、ニップ部1Nにおける定着ベルト101の曲率が、加圧ローラ102の曲率よりも小さくなる。そのため、ニップ部1Nから排出される記録媒体107が、定着ベルト101から分離されやすくなる。
In this embodiment, the diameter of the
〈加熱部材〉
加熱部材103は、定着ベルト101を加熱する部材である。例えば、定着ベルト101を加熱する熱源として定着ベルト101の内側に配置される加熱部材103が挙げられる(図1)。
<Heating member>
The
加熱部材103としては、ハロゲンヒータが挙げられ、ハロゲンヒータの両端部が定着装置100の側板に固定されることができる。ハロゲンヒータは、例えば画像形成装置に配置された電源部より出力制御されて発熱する。ハロゲンヒータの出力制御は、温度センサによる定着ベルト101の表面温度の検知結果に基づいて行うことができる。このようなハロゲンヒータの出力制御によって、定着ベルト101の温度(定着温度)を所望の温度に維持できるようになっている。
Examples of the
また、定着ベルト101を加熱する加熱部材103として、ハロゲンヒータ以外にもIH(電磁誘導加熱)、抵抗発熱体またはカーボンヒータ等を用いてもよい。
Further, as the
本実施形態の定着装置100は、従来の定着装置と比べて更なる省エネ性やファーストプリントタイム短縮等の性能向上のために、構成に様々な工夫が施されている。具体的には、加熱部材103によって定着ベルト101のニップ部1N以外の箇所を直接加熱できるようにしている(直接加熱方式)。また、定着ベルト101は、加熱部材103との間には何も介在しないように構成することができる。この構成によって、加熱部材103と定着ベルト101とが対向する位置では、加熱部材103から発せられる輻射熱が、定着ベルト101に直接与えられるようになる。
The fixing
〈ニップ部形成部材〉
ニップ部形成部材104は、定着ベルト101の内周面に摺接するように固定され、定着ベルト101を介して加圧ローラ102に圧接して記録媒体107が搬送されるニップ部1Nを形成する部材である(図1)。
<Nip part forming member>
The nip
ニップ部形成部材104は、例えば図7に示すようなベースパッド104aと、ベースパッド104aの表面に設けられた定着ベルト101の内周面と摺擦する低摩擦性の摺動部材104bを備えることができる。ベースパッド104aは、加圧ローラ102の加圧力を受けてニップ部1Nの形状を決める部材である。このため、ベースパッド104aは、定着ベルト101の軸方向または加圧ローラ102の軸方向に平行して配置されてもよい。
The nip
また、ベースパッド104aは、耐熱温度200℃以上の耐熱性部材で構成されてもよい。これにより、トナー定着温度域で、熱によるベースパッド104aの変形を防止し、安定したニップ部1Nの状態を確保することができる。この結果、安定した画像を得ることができる。
Further, the
ベースパッド104aは、摺動部材104bを挟んで対向する加圧ローラ102とで構成されるニップ部1Nの形状を決める機能を有している。そのため、ニップ部1Nに対向する面がほぼ平坦であり、この形状を維持するための材料としてある程度剛性のある材料を用いることができる。
The
例えば、一般的な耐熱性樹脂材料を用いることが可能である。具体的には、PPS、PAI、ポリエーテルサルフォン(PES)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などを用いることができる。 For example, a general heat-resistant resin material can be used. Specifically, PPS, PAI, polyethersulfone (PES), liquid crystal polymer (LCP), polyethernitrile (PEN), polyetheretherketone (PEEK) and the like can be used.
また、ベースパッド104aの少なくとも定着ベルト101の内周面側となる表面には、低摩擦係数を有する摺動部材104bが配置されてもよい(図7)。摺動部材104bは、定着ベルト101が回転する際、定着ベルト101表面を摺動させることができる。摺動部材104bは、摺動する定着ベルト101に生じる駆動トルクを低減するとともに、定着ベルト101への摩擦力による負荷を軽減させるために用いられる。
Further, a sliding
また、摺動部材104bには、潤滑剤が含浸されている。潤滑剤としては、例えばシリコーンオイルが挙げられ、耐熱性や耐久性および潤滑能力に優れる点で望ましく、使用条件により様々な粘度のものを選択できるため望ましい。
Further, the sliding
その他の潤滑剤として用いることができるのは、フッ素グリスやシリコン系グリスが挙げられる。潤滑剤については、摺動部材104b全体に1種類のものを含浸させることだけに限らず、軸方向の中央部と両端部で異なる粘性および材質のものを複数種類用いることも可能である。
Fluorine grease and silicon-based grease can be used as other lubricants. The lubricant is not limited to impregnating the entire sliding
(その他の構成)
本発明の一実施形態にかかる定着装置100は、上記の定着ベルト等の他にも、他の構成を備えることができる。例えば、定着ベルト101の内側に、ニップ部形成部材104を支持する支持部材としてのニップ部形成部材ステー106を設けることができる(図1)。
(Other configurations)
The fixing
ニップ部形成部材104をニップ部形成部材ステー106で固定し支持することにより、加圧ローラ102による圧力でニップ部形成部材104に撓みが生じるのを抑制し、加圧ローラ102の軸方向に平行して均一なニップ幅が得られるようになる。
By fixing and supporting the nip
ニップ部形成部材ステー106は、ニップ部形成部材104の撓み防止機能を満たすために、ステンレス鋼や鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましいが、樹脂材料を用いることも可能である。
The nip portion forming member stay 106 is preferably formed of a metal material having high mechanical strength such as stainless steel or iron in order to satisfy the bending prevention function of the nip
また、定着ベルト101の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ、定着ベルト101から記録媒体107を分離する記録媒体分離手段としての分離部材と、加圧ローラ102を定着ベルト101へ加圧する加圧手段を備えることができる。
Further, a temperature sensor as a temperature detecting means for detecting the temperature of the fixing
以下、図1を基に、本実施形態の定着装置100の基本動作について、その一例を説明する。
Hereinafter, an example of the basic operation of the fixing
まず、定着装置100を備える画像形成装置の電源が投入されると、加熱部材103に電力が供給されるとともに、加圧ローラ102が図1に示す1Aの方向に回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト101は、加圧ローラ102との摩擦力によって図1に示す1Bの方向に従動回転する。その後、画像形成工程により未定着のトナー画像108が乗っている記録媒体107が、ガイド板に案内されながら1Cの方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト101および加圧ローラ102のニップ部1Nに送入される。そして、記録媒体107が加熱部材103によって加熱されて、定着ベルト101による熱と、定着ベルト101と加圧ローラ102との間の加圧力とによって、記録媒体107の表面にトナー画像108が定着される。トナー画像108が定着された記録媒体107は、ニップ部1Nから反対側へ搬出される。このとき、記録媒体107の先端が、分離部材の先端に接触することで、記録媒体107を引き離す方向へ案内するような形で、記録媒体107が定着ベルト101から分離される。その後、分離された記録媒体107は、定着装置100の外へ搬出されて、排紙トレイにストックされる。
First, when the power of the image forming apparatus including the
[画像形成装置]
本発明の一実施形態にかかる画像形成装置について、図8を参照して説明する。本実施形態の画像形成装置500は、電子写真方式を利用したものであり、前述した定着装置100を備えることができる。
[Image forming device]
An image forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
図8は本発明の一実施形態にかかる定着ローラを備える画像形成装置全体の一例を示す概略構成図である。本実施形態では、画像形成装置500としてタンデム型カラープリンタ用の作像ユニットを備えるものを示している。ただし、本発明の画像形成装置はこれに限定されず、ロータリー型カラープリンタや、モノクロプリンタでもよい。また、画像形成装置はプリンタに限定されるものではなく、複写機、ファクシミリ、またはこれらの複合機等の各種画像形成装置とすることができる。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an example of the entire image forming apparatus including the fixing roller according to the embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
画像形成装置500本体の上方に設置されたボトル収容部601には、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した4つのトナーボトル602Y、602M、602C、602Kが着脱自在(交換自在)に設置されている。ボトル収容部601の下方には中間転写ユニット85が配設されている。中間転写ユニット85に設置された中間転写ベルト78に対向するように、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部4Y、4M、4C、4Kが並設されている。作像部4Y、4M、4C、4Kには、それぞれ感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kが配設されている。また、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの周囲には、それぞれ、帯電部75、現像装置76、クリーニング部77、除電部などが配設されている。そして、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kのそれぞれは回転し、それぞれの感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上に対して、下記の作像プロセスが行われて、それぞれの感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上に各色の画像が形成される。ここで、作像プロセスとは、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程を指す。
Four
以下に、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kに対する作像プロセスについて説明する。感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kは、駆動モータによって、図8において時計方向に回転駆動される。そして、帯電部75(図8には感光体ドラム5Kに対応したもののみを示している)において、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面が一様に帯電される(帯電工程)。帯電された後、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、露光部40から発せられるレーザ光により照射及び露光され、各色に対応した静電潜像が形成される(露光工程)。潜像が形成された感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kは、現像装置76(図8においては、感光体ドラム5Kに対応したものにのみ符号を付している)により静電潜像がトナー現像されて、各色のトナー像が形成される(現像工程)。
The image forming process for the photoconductor drums 5Y, 5M, 5C, and 5K will be described below. The photoconductor drums 5Y, 5M, 5C, and 5K are rotationally driven clockwise in FIG. 8 by a drive motor. Then, in the charging unit 75 (only those corresponding to the
さらに、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上のトナー像は、中間転写ベルト78および1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kにより、中間転写ベルト78上に転写される(1次転写工程)。このようにして中間転写ベルト78上に重ねてトナー像が転写されることにより、中間転写ベルト78上にカラー画像が形成される。
Further, the toner image on the photoconductor drums 5Y, 5M, 5C, and 5K is transferred onto the
前記転写の後、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kは、クリーニング部77に達して、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面に残存した未転写トナーがクリーニング部77のクリーニングブレードによって機械的に回収される(クリーニング工程)。なお、図8には感光体ドラム5Kに対応したものにのみ符号を付している。この後、除電部により感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面の残留電位が除去される。こうして、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kに対する一連の作像プロセスが終了する。
After the transfer, the photoconductor drums 5Y, 5M, 5C, and 5K reach the
次に、中間転写ベルト78上で行われる一連の転写プロセスについて説明する。
Next, a series of transfer processes performed on the
中間転写ユニット85は、無端状の中間転写ベルト78と、4つの1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kと、2次転写バックアップローラ82と、クリーニングバックアップローラ83と、テンションローラ84と、中間転写クリーニング部80などにより構成されている。
The
中間転写ベルト78は、2次転写バックアップローラ82とクリーニングバックアップローラ83とテンションローラ84とに張架および支持され、2次転写バックアップローラ82の回転駆動によって、図8における矢印方向に移動される。1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kは、それぞれ中間転写ベルト78を感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kとで挟み込むようにして1次転写ニップを形成している。1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kには、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。中間転写ベルト78は、矢印方向に走行して、中間転写ベルト78と感光体ドラム5Y、5M、5C、5K間の1次転写ニップを順次通過する。こうして感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト78上に重ねて1次転写が行われる。
The
1次転写後、中間転写ベルト78は2次転写ローラ89との対向位置に達する。この位置で2次転写バックアップローラ82は、2次転写ローラ89とで中間転写ベルト78を挟み込むようにして2次転写ニップを形成している。2次転写ニップにおいて、中間転写ベルト78上に形成されている4色のトナー像が、搬送されてくる記録媒体P上に転写される。転写後、中間転写ベルト78は、中間転写クリーニング部80に達して、中間転写ベルト78上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト78上で行われる一連の転写プロセスが終了する。
After the primary transfer, the
ここで、2次転写ニップの位置に搬送される記録媒体107は、画像形成装置500本体の下方に配設された給紙部50から、給紙ローラ97およびレジストローラ98を経由して搬送されるものである。すなわち、給紙部50には、転写紙などの記録媒体107が複数枚重ねて収納される。そして、給紙ローラ97が図8において反時計方向に回転駆動されると、最上位の記録媒体107から順にレジストローラ98に給送される。レジストローラ98に搬送された記録媒体107は、回転駆動を停止したレジストローラ98のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト78上のトナー像にタイミングを合わせて、レジストローラ98が回転駆動されることにより、記録媒体107が前記2次転写ニップに向けて搬送される。このようにして、記録媒体107上にトナー像が転写される。
Here, the
2次転写ニップでカラー画像が転写された記録媒体107は定着装置100に搬送される。そして、記録媒体107は、定着装置100において定着ベルト101と加圧ローラ102による加熱および加圧を受けて、表面に転写されたトナー像が記録媒体107上に定着される。その後、記録媒体107は、排紙ローラ99を経て画像形成装置500の本体外へと排出され、スタック部60上に順次スタックされる。
The
以上により、画像形成装置500による記録媒体107への画像形成が完了する。
As described above, the image formation on the
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。 In addition, the best configuration, method, and the like for carrying out the present invention are disclosed in the above description, but the present invention is not limited thereto. That is, although the present invention is particularly illustrated and described primarily with respect to a particular embodiment, it does not deviate from the scope of the technical idea and purpose of the present invention and has a shape relative to the embodiments described above. , Materials, quantities, and other detailed configurations can be modified by those skilled in the art.
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。 Therefore, the description limiting the shapes, materials, etc. disclosed above is merely an example for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. Therefore, those shapes, materials, etc. The description by the name of the member which removes a part or all of the limitation such as is included in the present invention.
以下、本発明の実施例について説明する。なお、実施例では、図1に示す定着装置100を使用し、実験を行った。
Hereinafter, examples of the present invention will be described. In the examples, an experiment was conducted using the
[実施例1]
〈定着ベルト101〉
定着ベルト101は、円筒状基材101a、摺動層101b、弾性層101c、離型層101dの4層構成となっているものを用いた(図2)。
[Example 1]
<Fixing
The fixing
(円筒状基材101aの形成)
円筒状基材101aとしては、材料にニッケル(Ni)と銅(Cu)からなる金属構成であり、Ni層の膜厚は30μm、Cu層の膜厚は10μmであり、Ni層を内側としてNi層の外周側にCu層を積層させて40μmの厚みとなっているものを使用した。なお、本実施例では使用していないが、Cu層の外周側にさらにNi層が備わる3層構造の円筒状基材を使用することも可能である。Ni層が円筒状基材の最外周層として備わることにより、Cu層の酸化を防止することができる。
(Formation of
The
円筒状基材101aは、電鋳工法によって形成した。具体的には、まず、母型に対してNiを電着させてNi層を形成し、次に、Ni層の上にさらにCuを電着させてCu層を形成することで、円筒状基材101aを形成した。
The
ポリイミドワニス(宇部興産株式会社製 U−ワニスA)47.6部に対し、NMP(N−メチルピロリドン)49.4部に固体潤滑剤粒子としてグラファイト粉末(日本黒鉛株式会社製 グラファイト粉末J−CPB)3部を分散させたNMP−グラファイト分散液52.4部を添加し、混合撹拌させて摺動層200形成用塗料を作成した。作成した塗料を24時間以上静置させ、固体潤滑剤粒子を沈降させた。その後、固体潤滑剤粒子を沈降させた塗料を回転可能な容器に移して回転攪拌をさせ、回転撹拌後の塗料を、円筒状基材101aの内周面に対してスプレー塗装し、乾燥させることで膜厚が15μmの摺動層200を形成した。なお、摺動層の形成は、スプレー塗装に限定されず、ディッピング塗装によっても可能であり、また、塗膜の乾燥に代えて焼成工程によって熱処理することも可能である。さらに、摺動層形成用塗料としては、PAI樹脂塗料にPTFEの粉末、あるいはPTFEを水または溶媒に分散したPTFE分散液を添加し、攪拌混合させた混合材料を使用することもできる。
Graphite powder (graphite powder J-CPB manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.) as solid lubricant particles in 49.4 parts of NMP (N-methylpyrrolidone) compared to 47.6 parts of polyimide varnish (U-wanis A manufactured by Ube Kosan Co., Ltd.) ) 52.4 parts of NMP-graphite dispersion liquid in which 3 parts were dispersed was added and mixed and stirred to prepare a paint for forming the sliding
図4に、実施例1の摺動層200の概略を示す側面断面図を示す。ポリイミドワニスの乾燥物がベース201であり、グラファイトが固体潤滑剤粒子202である。後述する(偏在割合の測定)に基づき、固体潤滑剤粒子202の偏在状態を確認したところ、図4に示すように、ベース201に固体潤滑剤粒子202が均一に分散せずに偏在していた。
FIG. 4 shows a side sectional view showing an outline of the sliding
(弾性層101cの形成)
円筒状基材101aの外表面にシリコーンゴム(旭化成ワッカーシリコーン株式会社 3390/30)をディッピング塗装し、膜厚が120μmの弾性層101cを形成した。なお、ディッピング塗装に代えてダイコート等の塗装方法を採用することが可能であり、また、シリコーンゴムには耐熱性を付与するための充填材や、熱伝導性を高めるための充填材を充填することが可能である。
(Formation of
Silicone rubber (Asahi Kasei Wacker Silicone Co., Ltd. 3390/30) was dip-coated on the outer surface of the
(離型層101dの形成)
弾性層101cの表面に、PFAを水に分散させて塗料化としたディスパージョンをスプレー塗装し、膜厚7μmの離型層101dを形成した。なお、スプレー塗装に代えてディッピング塗装を採用することが可能である。離型層101dの形成により定着ベルト101の外径は30mmとなった。
(Formation of
The surface of the
〈加圧ローラ102〉
定着ベルト101に対向する配置に加圧ローラ102を設けた。加圧ローラ102は、芯金102a、弾性層102b、離型層102cの3構成となっているものを使用した(図6)。芯金102aは、鉄系の材料で構成されており高い剛性のある剛体であった。また、芯金102aは中実でもよいが、実施例1では中空となっており、外径が10mmで厚みが1.5mmのものを使用した。芯金102aの表面側には、弾性層102bが設けられている。弾性層102bの材料にはシリコーンゴムが用いられており、発砲体シリコーンゴムで構成されているものを使用した。なお、発砲体シリコーンゴムで構成された弾性層102bは、例えば注型工法等により芯金102aの表面側に形成される。また、弾性層102bの上には、離型層102cとしてPFAにカーボンブラックが配合された導電性チューブが設けられており、弾性層102bと離型層102cの間には、互いの層を接着させる役割であるプライマー層が設けられているものを使用した。なお、離型層102cには、PFAチューブが被覆されていた。
<
A
〈ニップ部形成部材104〉
ニップ部形成部材104としては、ベースパッド104aおよび摺動部材104bから構成されているものを使用した(図7)。摺動部材104bには、潤滑剤として粘度が300mPasのシリコーンオイルを含浸させた。
<Nip
As the nip
(偏在割合の測定)
摺動層の表面をエネルギー分散型X線分析(EDS)し、元素マッピングを実施後、マッピングデータ画像の面積から固体潤滑剤粒子の2次粒子凝集体の部分の割合を算出し、これを固体潤滑剤粒子の偏在割合とした。
(Measurement of uneven distribution ratio)
After performing energy dispersive X-ray analysis (EDS) on the surface of the sliding layer and performing element mapping, the ratio of the secondary particle aggregate portion of the solid lubricant particles is calculated from the area of the mapping data image, and this is calculated as a solid. The uneven distribution ratio of the lubricant particles was used.
(固体潤滑剤粒子の粒子径)
固体潤滑剤の1次粒子径および2次粒子径は、粒度分布測定器を用いて測定した。粒度分布測定器としては、マイクロトラック・ベル株式会社製のマイクロトラックMT3000IIを用いた。
(Particle diameter of solid lubricant particles)
The primary particle size and the secondary particle size of the solid lubricant were measured using a particle size distribution measuring device. As the particle size distribution measuring instrument, Microtrack MT3000II manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd. was used.
(動トルクの測定)
動トルクは、単体試験機を用いて評価した。ランニング試験条件は、温度165℃、線速256mm/s、駆動8.2s/停止1.8sの短間欠ランニングとした。試験において、通紙はせずに単体試験機を連続駆動させ、駆動中のトルクを駆動モータに接続したトルク計から読み取った。ランニング試験で通紙枚数65万枚時に相当する時の、単体試験機を回転駆動させるモータの動トルクを測定した。
(Measurement of dynamic torque)
The dynamic torque was evaluated using a stand-alone tester. The running test conditions were short-term intermittent running at a temperature of 165 ° C., a linear speed of 256 mm / s, a drive of 8.2 s / a stop of 1.8 s. In the test, the unit tester was continuously driven without passing paper, and the torque during driving was read from the torque meter connected to the drive motor. In the running test, the dynamic torque of the motor that rotationally drives the unit tester was measured when the number of sheets to be passed was 650,000.
[実施例2]
実施例1の摺動層200とは異なり、図5に示す摺動層300の状態とした他は、実施例1と同じ条件とした。すなわち、実施例1と同様の固体潤滑剤粒子3部を使用して、実施例1とは異なり固体潤滑剤粒子を分散させずに、塗料を40℃に加温した状態で24時間静置させた。その後、塗装により摺動層300を形成した。
[Example 2]
Unlike the sliding
図5に、実施例2の摺動層300の概略を示す側面断面図を示す。摺動層300には、第1固体潤滑剤粒子301と第2固体潤滑剤粒子302が偏在していた。第1固体潤滑剤粒子301の粒子径と第2固体潤滑剤粒子302の粒子径は異なっており、第1固体潤滑剤粒子301の粒子径は第2固体潤滑剤粒子302よりも大きかった。第1固体潤滑剤粒子301は、一次粒子301a同士が密集した状態の凝集体である二次粒子301bとして存在し、二次粒子301bは摺動層300の表面に対して突起状に突き出た形で存在し、二次粒子301bが摺動層300の表面に偏在していた。
FIG. 5 shows a side sectional view showing an outline of the sliding
[実施例3]
実施例2の摺動層300とは偏在割合が異なる他は、実施例2と同じ条件とした。具体的には、固体潤滑剤粒子の質量比を実施例2の3部から10部へ増量させて塗料とした他は、実施例2と同様とし、摺動層300を形成した。
[Example 3]
The conditions were the same as in Example 2 except that the uneven distribution ratio was different from that of the sliding
[比較例]
図9に示すように、円筒状基材101aに固体潤滑剤粒子401が均一に分散した摺動層400を形成した他は、実施例1と同じ条件とした。具体的には、実施例1と同様の固体潤滑剤粒子を使用して、実施例1と同様に摺動層用の塗料を作成し、静置および回転撹拌させることなく、超音波分散機を用いて塗料500mlの液量に対して30分間超音波分散した。超音波分散することで固体潤滑剤粒子の平均粒子径が小径化し、粒子同士の結びつきを弱め、膜に均一に固体潤滑剤粒子が存在するようになる。その後、実施例1と同じ条件によりスプレー塗装して摺動層400を形成した。
[Comparison example]
As shown in FIG. 9, the conditions were the same as in Example 1 except that the sliding
表1に、実施例1〜3、比較例において実施した動トルクの測定結果、固体潤滑剤粒子の偏在の有無、偏在の割合、第1固体潤滑剤粒子および第2固体潤滑剤粒子の粒子径、判定結果を示す。判定は、動トルクが0.7N・m未満の場合を〇、動トルクが0.7N・m以上の場合を×とした。また、表1において、第1固体潤滑剤粒子の平均粒子径をC1粒子径、第2固体潤滑剤粒子の平均粒子径をC2粒子径として示した。なお、実施例1および比較例では、第1固体潤滑剤粒子と第2固体潤滑剤粒子の区別が無いことから、表1にて固体潤滑剤粒子の平均粒子径を示した。 Table 1 shows the measurement results of the dynamic torque carried out in Examples 1 to 3 and Comparative Examples, the presence or absence of uneven distribution of solid lubricant particles, the ratio of uneven distribution, and the particle diameters of the first solid lubricant particles and the second solid lubricant particles. , Indicates the judgment result. The judgment was 0 when the dynamic torque was less than 0.7 Nm, and x when the dynamic torque was 0.7 Nm or more. Further, in Table 1, the average particle size of the first solid lubricant particles is shown as the C1 particle size, and the average particle size of the second solid lubricant particles is shown as the C2 particle size. Since there is no distinction between the first solid lubricant particles and the second solid lubricant particles in Example 1 and Comparative Example, Table 1 shows the average particle size of the solid lubricant particles.
表1の結果より、摺動層の表面に固体潤滑剤粒子を偏在させることで、動トルクを低減することができた(実施例1〜3)。特に、大きさの異なる2種類の固体潤滑剤粒子を使用し、より大きい固体潤滑剤粒子(第1固体潤滑剤粒子)の一次粒子の凝集体から成る突起状の二次粒子を形成し、二次粒子を偏在させることにより、動トルクをより低減させることができた(実施例2、3)。さらに、偏在割合を高くすることで、動トルクをさらに低減させることができた(実施例3)。 From the results in Table 1, the dynamic torque could be reduced by unevenly distributing the solid lubricant particles on the surface of the sliding layer (Examples 1 to 3). In particular, two types of solid lubricant particles of different sizes are used to form protruding secondary particles composed of aggregates of primary particles of larger solid lubricant particles (first solid lubricant particles). By unevenly distributing the secondary particles, the dynamic torque could be further reduced (Examples 2 and 3). Further, by increasing the uneven distribution ratio, the dynamic torque could be further reduced (Example 3).
4Y、4M、4C、4K 作像部
5Y、5M、5C、5K 感光体ドラム
40 露光部
50 給紙部
75 帯電部
76 現像装置
77 クリーニング部
78 中間転写ベルト
79Y、79M、79C、79K 1次転写バイアスローラ
80 中間転写クリーニング部
82 2次転写バックアップローラ
83 クリーニングバックアップローラ
84 テンションローラ
85 中間転写ユニット
97 給紙ローラ
98 レジストローラ
100 定着装置
101 定着ベルト
101a 円筒状基材
101b 摺動層
101c 弾性層
101d 離型層
101x 外周面
102 加圧ローラ
102a 芯金
102b 弾性層
102c 離型層
103 加熱部材
104 ニップ部形成部材
104a ベースパッド
104b 摺動部材
106 ニップ部形成部材ステー
107 記録媒体
108 トナー画像
200 摺動層
200a 表面
201 ベース
202 固体潤滑剤粒子
202a 一次粒子
202b 二次粒子
300 摺動層
300a 表面
301 第1固体潤滑剤粒子
301a 一次粒子
301b 二次粒子
302 第2固体潤滑剤粒子
400 摺動層
401 固体潤滑剤粒子
500 画像形成装置
601 ボトル収容部
602Y、602M、602C、602K トナーボトル
1001 フランジ
1002 スリップリング
1A 方向
1B 方向
1C 方向
1N ニップ部
4Y, 4M, 4C, 4K Image-forming
Claims (7)
前記円筒状基材の内周面に位置する摺動層と、を備え、
前記摺動層の表面に固体潤滑剤粒子が偏在している、定着ベルト。 Cylindrical base material and
A sliding layer located on the inner peripheral surface of the cylindrical base material is provided.
A fixing belt in which solid lubricant particles are unevenly distributed on the surface of the sliding layer.
請求項1〜5のいずれかに記載の定着ベルトと、
前記定着ベルトの外周面を加圧する加圧ローラと、
前記定着ベルトの内周面に摺接するように固定され、前記定着ベルトを介して前記加圧ローラに圧接して前記記録媒体が搬送されるニップ部を形成するニップ部形成部材と、
前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、
を備える定着装置。 A fixing device that fixes toner on a recording medium.
The fixing belt according to any one of claims 1 to 5 and
A pressure roller that pressurizes the outer peripheral surface of the fixing belt, and
A nip portion forming member which is fixed so as to be slidably contacted with the inner peripheral surface of the fixing belt and is pressed against the pressure roller via the fixing belt to form a nip portion to which the recording medium is conveyed.
A heating member that heats the fixing belt and
A fixing device equipped with.
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