JP2023005067A - 定着パッド - Google Patents

Abstract

【課題】熱損失が抑えられた定着パッドを提供する。【解決手段】本発明は、トナー定着装置において、加圧ローラに対向して配置される定着パッド１０であって、均熱部材１１と、均熱部材１１の少なくとも加圧ローラ側に設けられた摺動部材１３と、均熱部材１１を支持する支持部材１５と、均熱部材１１と支持部材１５との間に配置された発泡樹脂層１４とを備える定着パッドである。【選択図】図１

Description

本発明は、定着パッドに関する。

画像形成装置には、記録媒体上に転写されたトナーを、加圧と同時に加熱することにより、記録媒体にトナーを定着させる定着装置が装備されている。従来、定着装置は、定着ローラに巻き掛けられた無端ベルトを加熱し、その定着ローラと対抗する加圧ローラとの間で、トナーが転写された記録媒体を圧接し、トナーを熱溶融させることによって、トナーを定着させていた。
近年、定着ローラの代わりに、定着パッドを用いて、定着パッドと加圧ローラとの間に掛けられた定着ベルトを介して定着を行う定着装置が注目されている。例えば、特許文献１には、基板の表面に摺動部材としてフッ素繊維を巻いた定着パッドが開示されている。

特許第６４８１６０６号公報

定着装置においては、定着パッドが加熱手段によって温められることにより、定着パッドに巻き掛けられた定着ベルトに熱が伝えられる。しかしながら、定着パッドの部品は熱伝導率の良い材料からなるため、定着パッドから支持部材側への熱損失が生じやすく、ウォームアップ時間が長くなるという問題がある。ウォームアップ時間が長くなると、消費電力が大きくなるうえ、近年の画像形成装置に高速化への対応が難しくなる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱損失が抑えられた定着パッドを提供することを目的とする。

本発明は、トナー定着装置において、加圧ローラに対向して配置される定着パッドであって、均熱部材と、均熱部材の少なくとも加圧ローラ側に設けられた摺動部材と、均熱部材を支持する支持部材と、均熱部材と支持部材との間に配置された発泡樹脂層とを備える定着パッドである。

発泡樹脂層は、シリコーンゴムスポンジ又はウレタンゴムスポンジであることが好ましい。

シリコーンゴムスポンジの比重は、０．７以上１．１以下であることが好ましい。

摺動部材は、フッ素繊維であることが好ましい。

均熱部材は、銅、ステンレス鋼、又は真鍮からなることが好ましい。

均熱部材の長手方向に垂直な断面は、Ｕ字状であることが好ましい。

本発明の定着パッドによれば、熱損失が抑えられる。

本発明の定着パッドの一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の定着パッドを備えたトナー定着装置の概略断面図である。 本発明の定着パッドを備えた画像形成装置の一例を示す概略断面図である。 実施例及び比較例の温度上昇比較を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施形態は例示の目的で提示するものであり、本発明は、以下に示す実施形態に何ら限定されるものではない。

［定着パッド］
本発明は、トナー定着装置２０（図２参照）における、加圧ロール２３と対向して配置される定着パッド１０である。
定着パッドの一実施形態について図１を参照して説明する。図１に示すように、定着パッド１０は、均熱部材１１と、均熱部材１１の少なくとも加圧ローラ２３側に設けられた摺動部材１３と、均熱部材１１を支持する支持部材１５と、均熱部材１１と支持部材１５との間に配置された発泡樹脂層１４とを備える。
以下、各構成の詳細を説明する。

（均熱部材）
均熱部材１１は、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）、銅、鉄、ステンレス鋼、真鍮、硫黄快削鋼（ＳＵＭ）、及びこれらの金属の表面にニッケル、亜鉛めっきを施したものを用いることができる。熱伝導性の観点から、アルミニウム、銅が好ましい。
均熱部材１１は、１つの材質で構成されていてもよく、２以上の材質から構成されていてもよい。また、均熱部材１１は、積層構造を有していてもよい。

本実施形態の均熱部材１１においては、図２に示すように、加圧ローラ２３との間でニップを形成する領域は平坦であって、長手方向Ｙに垂直な断面（Ｘ方向の断面）がＵ字状である。均熱部材１１がＵ字状であることにより、定着ベルトが、定着パッド１０の角に引っ掛かることなく良好に摺動することができる。均熱部材１１は厳密なＵ字状に限らず、弧状であってもよい。

均熱部材１１の長手方向（加圧ローラの軸方向Ｙに平行な方向）の長さは、特に限定されず、設置される画像形成装置の形態に応じて適宜調整してよい。例えば、一態様において、均熱部材１１の長手方向の長さは２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下が好ましく、２５０ｍｍ以上３７０ｍｍ以下がより好ましい。

均熱部材１１の短手方向Ｘの長さは、特に限定されず、設置される画像形成装置の形態に応じて適宜調整してよい。例えば、均熱部材１１の短手方向Ｘの長さは、８ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることがより好ましい。

均熱部材１１の厚さは、強度と熱伝導性の観点から、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることがより好ましい。

（摺動部材）
摺動部材１３は、フッ素繊維を含む、少なくとも１枚の織物又は編物からなるものが好ましい。平滑性を長期に亘って維持する観点から、織物がより好ましい。フッ素繊維の織物の織り方としては、平織、綾織、朱子織等が挙げられる。
フッ素繊維としては、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリフルオルエチレン繊維が好ましい。
ポリテトラフルオロエチレンの材料としては、テトラフルオロエチレンのホモポリマー、又は全体の９０モル％以上、好ましくは９５モル％以上がテトラフルオロエチレンであるコポリマーが挙げられる。上記テトラフルオロエチレンに共重合可能な単量体としては、トリフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロプロピレン、ヘキサフルオロプロピレンなどのフッ化ビニル化合物やさらにプロピレン、エチレン、イソブチレン、スチレン、アクリロニトリルなどのビニル化合物が挙げられる。摺動面の低摩擦化の観点からテトラフルオロエチレン単位の含有量は多い方が好ましく、ホモポリマーであることがより好ましい。

フッ素繊維は、モノフィラメント、マルチフィラメント、紡績糸のいずれもであってもよい。モノフィラメントまたはマルチフィラメントからなる繊維の総繊度としては、５０～２０００ｄｔｅｘが好ましく、さらに好ましくは１００～１０００ｄｔｅｘの範囲内であることが好ましい。繊維の総繊度が５０ｄｔｅｘ以上であると繊維の強力が強くなり、糸切れに対する抵抗性が増す。２０００ｄｔｅｘ以下であれば繊維を並列配置させたときの表面の凹凸が少ないので、摺動性への影響がなく、かつ、柔軟性が高いので摺動部材の形状に沿いやすくなる。

摺動部材１３の摺動面１３ａの表面粗さＲａは、表面粗さＲａは、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましい。
表面粗さＲａの測定方法は、以下のとおりである。
測定機器：表面粗さ形状測定機（型番：ＳＵＲＦＣＯＭ １４００Ｄ－３ＤＦ）
パラメータ算出規格：ＪＩＳ－’０１規格
カットオフ種別：ガウシアン
測定長さ：２０．０ｍｍ
測定速度：０．３ｍｍ／ｓｅｃ

摺動面１３ａの表面粗さＲａが、上記範囲であると、織物又は編物でありながら、摺動面１３ａを平滑なものとすることができ、定着ベルトへの熱伝導が良好に行われるため、高品質な画像を得ることができる。

摺動部材１３は、上記の織物又は編物をからなる摺動部材１３を熱プレス加工、冷間プレス加工したものであることが好ましい。熱プレス加工は、公知の熱プレス加工機で行うことができる。加熱温度は、摺動部材１３の材質にもよるが、１００℃以上２００℃以下であることが好ましい。圧力は、摺動部材１３の材質及び所望の厚さによるが、２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることが好ましい。
摺動部材１３に熱プレス加工等がされていることにより、より平滑な摺動面１３ａを得ることができ、高品質な画像を得ることができる。

摺動部材１３の厚さは、３００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。

（接着剤）
摺動部材１３と均熱部材１１とは、接着剤１２により、又は摺動部材を巻くことにより固定されていることが好ましい。
接着剤１２は、摺動部材１３と均熱部材１１とを良好に接着させる観点から、シリコーンゴム接着剤であることが好ましい。シリコーンゴム接着剤としては一液硬化型ゴムが好ましく、一液型液状シリコーンゴム、一液型シリコーンＲＴＶゴム等が挙げられる。
市販のものとしては、ＫＥ－１８８０（信越化学工業株式会社製）、ＫＥ－１８３３（信越化学工業株式会社製）、ＴＳＥ３２２（モメンティブジャパン製）が挙げられる。

（発泡樹脂層）
均熱部材１１と支持部材１５との間には、発泡樹脂層１４が配置されている。
発泡樹脂層１４は、シリコーンゴムスポンジ又はウレタンゴムスポンジであることが好ましい。

発泡樹脂層１４の熱伝導率は、０．１７Ｗ／ｍＫ以上０．２５Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましく、０．１８Ｗ／ｍＫ以上０．２Ｗ／ｍＫ以下であることがより好ましい。熱伝導率が上記範囲であることにより、均熱部材１１から支持部材１５への熱拡散を良好に防止することができる。
熱伝導率は、以下の方法により測定した値とする。
厚さ６．０ｍｍの発泡樹脂層１４を、１６０ｍｍ×６０ｍｍの大きさにカットして試料を作製する。この試料を、熱計測機器（商品名「ＱＴＭ－５００、京都電子工業製）を用いて、測定電流値２．０Ａ、測定時間６０秒で、熱伝導率を測定する。

発泡樹脂層１４の比重は、０．７以上１．１以下であることが好ましく、０．８以上１．０以下であることがより好ましい。発泡樹脂層１４の比重が、０．７以上であることにより、均熱部材１１から支持部材１５への熱拡散を防止することができる。また、発泡樹脂層１４の比重が、１．１以下であることにより、支持部材内の温度の急上昇を防ぐことが出来る。

発泡樹脂層１４の厚さは、１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることがより好ましい。発泡樹脂層１４の厚さが１．０ｍｍ以上であることにより、均熱部材１１から支持部材１５側への熱拡散を防止することができる。また、厚さが、３．０ｍｍ以下であることにより、加圧を安定して行うことができる。

定着パッドが、発泡樹脂層を有することにより、均熱部材１１から支持部材１５側への熱拡散を防止することができる。このため、定着パッド１０のウォームアップ時間を短くすることができ、消費エネルギーの節約を実現することができる。

（定着パッドの作製方法）
摺動部材１３としてフッ素繊維を用いた定着パッドは、例えば、以下のように作製することができる。
まず、均熱部材１１の摺動部材１３を接着する面１１ａをアルコール等で清掃する。
次に、均熱部材１１の大きさより大きく裁断した摺動部材１３を作業台に載置し、その上に、バーコーター、スキージー等により、接着剤１２を塗布する。
そして、接着剤１２が塗布された摺動部材１３と、その上に配置された均熱部材１１とを、均熱部材１１と同型の金型に設置して、加熱及び加圧しながら接着剤１２を硬化させる。その後、余分な摺動部材１３を切除する。

接着剤１２を硬化させるための加熱温度は、摺動部材１３の材質及び厚さによるが、１００℃以上２００℃以下であることが好ましい。圧力は、摺動材料の材質及び所望の厚さによるが、２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることが好ましい。

均熱部材１１の摺動部材１３を接着する面１１ａに、接着剤１２を塗布する前に、プライマーを塗布してプライマー層を設けてもよい。これにより、均熱部材１１と接着剤１２の接着がより強固となる。プライマーとしては、ＮＯ.３３（信越化学工業株式会社製）又はＮＯ.３１（信越化学工業株式会社製）が挙げられる。

次に、均熱部材１１に発泡樹脂層１４を配置して、上から支持部材１５を固定する。発泡樹脂層１４、均熱部材１１、及び支持部材１５は、互いに接着剤で固定してもよい。このとき、発泡樹脂層１４は、均熱部材１１より軸方向に若干大きめにカットして、均熱部材１１に押し付けるようにして接着剤で固定することが好ましい。また、接着剤で固定しない場合は、均熱部材１１と支持部材１５とを嵌合することにより、間に発泡樹脂層１４を挟持してもよい。

［トナー定着装置］
本発明の定着パッド１０は、図２に示すように、画像形成装置のトナー定着装置２０に用いられる。
定着パッド１０は、加圧ローラ２３と対向して配置され、所定のニップ幅で互いに圧接されている。加圧ローラ２３は、軸体２４の外周に弾性体２５及び被覆層２６を備え、駆動手段（不図示）によって回転駆動する。定着パッド１０には定着ベルト２１が巻き掛けられており、加圧ローラ２３が回転することで、定着ベルト２１は従動回転する。
定着パッド１０は加熱装置（不図示）に接続されており、加熱装置によって定着パッド１０の摺動面１３ａが加熱されることで、定着ベルト２１が加熱される。加圧ローラも、また加熱手段によって加熱されている。定着ベルト２１及び加圧ローラ２３が加熱された状態で、定着ベルト２１と加圧ローラ２３との間に現像剤４２が転写された記録媒体３６が搬送されて圧接されると、現像剤４２が加熱及び加圧されることにより、記録媒体３６に定着される。

［画像形成装置］
次に、本発明の像担持体用クリーニングローラを備えた画像形成装置の一実施形態について図３を参照して説明する。

図３に示すように、画像形成装置３０は、静電潜像が形成される回転可能な像担持体３１例えば感光体と、像担持体３１の周囲に配置された、帯電ローラ３２、露光手段３３、現像手段４０、転写ローラ３４、像担持体用クリーニングローラ３５、記録媒体３６の搬送方向下流側にトナー定着装置２０を備えている。トナー定着装置２０は、上記したように、加圧ローラ、加圧ローラと対向して配置された定着パッド１０、加熱装置、定着ベルト（無端ベルト）２１を備えている。加圧ローラ２３にも加熱装置（不図示）が接続されている。
現像手段４０は、現像剤収納部４１と、像担持体３１に現像剤４２を供給する現像剤担持体４４と、現像剤担持体４４に現像剤４２を供給する現像剤供給手段４３と、現像剤４２を帯電させる現像剤規制部材４５とを備えている。現像剤４２は、一成分系の現像剤であれば、乾式現像剤であっても湿式現像剤であってもよく、また、非磁性現像剤であっても磁性現像剤であってもよい。

トナー定着装置２０は、記録体３６を通過させる開口２８を有する筐体２７内に、定着パッド１０と、無端ベルト２１と、定着パッド１０と対向して配置された加圧ローラ２３とを備え、無端ベルト２１を介して定着パッド１０と加圧ローラ２３とが互いに当接又は圧接するように回転自在に支持されて成る圧力熱定着装置である。

画像形成装置３０は、次のように作用する。まず、画像形成装置３０において、帯電ローラ３２により像担持体３１が一様に帯電され、露光手段３３により像担持体３１の表面に静電潜像が形成される。次いで、現像手段４０から現像剤４２が像担持体３１に供給され、静電潜像が現像される。次いで、現像剤像は像担持体３１と転写ローラ３４との間に搬送される記録媒体３６上に転写される。この記録媒体３６はトナー定着装置２０に搬送され、現像剤像が永久画像として記録媒体３６に定着される。このようにして、記録媒体３６に画像を形成することができる。現像剤像が転写された後の像担持体３１は、帯電ローラ３２の上流側に配設された像担持体用クリーニングローラ３５によって、外周面に付着又は残存する現像剤が除去される。

本実施形態の画像形成装置３０は、電子写真方式の画像形成装置とされているが、この発明において、画像形成装置は、電子写真方式には限定されず、例えば、静電方式の画像形成装置であってもよい。また、画像形成装置３０は、現像手段４０に単色の現像剤４２のみを収容するモノクロ画像形成装置とされているが、この発明において、画像形成装置は、モノクロ画像形成装置に限定されず、像担持体に担持された現像剤像を中間転写体に順次一次転写を繰り返す４サイクル型カラー画カラー画像形成装置であってもよい。カラー画像形成装置としては、例えば、像担持体上像形成装置、各色の現像手段を備えた複数の像担持体を中間転写体や転写搬送ベルト上に直列に配置したタンデム型カラー画像形成装置等が挙げられる。画像形成装置３０は、例えば、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置とされる。

また、画像形成装置３０において、現像剤４２は、一成分系の現像剤が有利に用いられるが、トナーと、鉄、ニッケル等のキャリアとを含む二成分系の現像剤も使用することができる。

この発明に係る画像形成装置３０は、上記実施形態に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、画像形成装置として、各種の画像形成装置が挙げられ、高速で画像を形成できる画像形成装置が好適に挙げられる。

以下、本発明について、実施例を挙げて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。

［実施例１］
下記の材料と手順により、図１に示す定着パッドを作製した。
支持部材： ＳＵＳ３０４
均熱部材：銅板（厚さ４００μｍ）
発泡樹脂層：シリコーンゴムスポンジ（厚さ１．６ｍｍ、熱伝導率０．１９５Ｗ／ｍＫ、比重０．９８８、ＪＩＳ Ａ硬度１５Ｈｓ）
フッ素繊維：厚さ５００μｍ
接着剤：絶縁接着剤（商品名「ＴＳＥ３２２」、モメンティブジャパン社製）
まず、均熱部材の加圧ローラ側にフッ素繊維を接着剤で接着した、次に、均熱部材の凹部、すなわちフッ素繊維を設けた側とは反対側にシリコーンゴムスポンジを接着剤で固定した。さらに、シリコーンゴムスポンジの上に指示部材を接着剤で固定し、定着パッドを作製した。

［比較例１］
シリコーンゴムスポンジを設けなかったこと以外は、実施例１と同様に定着パッドを作製した。

上記実施例１と比較例１について、定着パッドの温度上昇を以下の方法で評価した。
［評価］
定着パッドの摺動面を下にして２００℃のホットプレート上に設置した。
そして、実施例１については、支持部材と発泡樹脂層の間の、定着パッドの長さ方向の両端及び中央の３か所に熱電対を配置し、ＫＥＹＥＮＣＥ製 ＮＲ－６００にて、５秒置きに３か所の温度を測定し、その平均値を定着パッドの温度とした。
比較例１については、熱電対を支持部部材と均熱部材の間に配置した以外は、実施例と同様に温度測定を実施した。
評価結果を図４に示す。

図４に示すように、支持部材と銅板の間にシリコーンゴムスポンジを設けた実施例は、温度上昇が緩やかである。すなわち、摺動面の熱が支持部材側へ放出されにくいことを示しており、熱損失が抑えられていることがわかる。
一方、比較例は、シリコーンゴムスポンジを設けていないため、支持部材側の熱が急激に上昇しており、摺動面から熱が支持部材側を放出されて熱損失が大きいことがわかる。

１０ 定着パッド
１１ 均熱部材
１１ａ （均熱部材の）摺動部材を接着する面
１２ 接着剤
１３ 摺動部材
１３ａ 摺動面
１４ 発泡樹脂層
１５ 支持部材
２０ トナー定着装置
２１ 定着ベルト
２３ 加圧ローラ
２４ 軸体
２５ 弾性体
２６ 被覆層
２７ 筐体
２８ 開口
３０ 画像形成装置
３１ 像担持体
３２ 帯電ローラ
３３ 露光手段
３４ 転写ローラ
３５ 像担持体用クリーニングローラ
３６ 記録媒体
４０ 現像手段
４２ 現像剤
４３ 現像剤供給手段
４４ 現像剤担持体
４５ 現像剤規制部材

Claims (6)

1. トナー定着装置において、加圧ローラに対向して配置される定着パッドであって、
   均熱部材と、前記均熱部材の少なくとも前記加圧ローラ側に設けられた摺動部材と、前記均熱部材を支持する支持部材と、前記均熱部材と前記支持部材との間に配置された発泡樹脂層とを備える定着パッド。
2. 前記発泡樹脂層が、シリコーンゴムスポンジ又はウレタンゴムスポンジである請求項１記載の定着パッド。
3. 前記シリコーンゴムスポンジの比重が、０．７以上１．１以下である請求項１又は２記載の定着パッド。
4. 前記摺動部材が、フッ素繊維である請求項１から３いずれか１項記載の定着パッド。
5. 前記均熱部材が、銅、ステンレス鋼、又は真鍮からなる請求項１から４いずれか１項記載の定着パッド。
6. 前記均熱部材の長手方向に垂直な断面が、Ｕ字状である請求項１から５いずれか１項記載の定着パッド。

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