JP2024063761A - Rotating body for fixing - Google Patents
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Images
Landscapes
- Fixing For Electrophotography (AREA)
- Electrophotography Configuration And Component (AREA)
Abstract
【課題】高導電で耐久性に優れた定着用回転体の提供。【解決手段】定着用回転体であって、該定着用回転体は、少なくとも樹脂を含む円筒状の基材と、該基材上の、導電層と、該導電層の該基材側に対向する側とは反対側の面上の樹脂層と、を備え、該導電層は、該基材の外周面の周方向に延在してなり、かつ、銀を含み、該導電層の体積抵抗率が、1.0×10-8~8.0×10-8Ω・mであり、該導電層の該基材に対向する側の面とは反対側の第1面に圧子を接触させて測定される、該導電層の該第1面から深さ0.1~0.2μmの厚さ領域における圧縮弾性率の平均値が、8~30GPaであることを特徴とする、定着用回転体。【選択図】図7[Problem] To provide a fixing rotor having high conductivity and excellent durability. [Solution] The fixing rotor comprises a cylindrical substrate containing at least a resin, a conductive layer on the substrate, and a resin layer on a surface of the conductive layer opposite to the side facing the substrate, the conductive layer extending in the circumferential direction of the outer circumferential surface of the substrate and containing silver, the conductive layer having a volume resistivity of 1.0×10-8 to 8.0×10-8 Ω·m, and the conductive layer has an average compressive elastic modulus of 8 to 30 GPa in a thickness region of 0.1 to 0.2 μm deep from the first surface of the conductive layer, measured by contacting an indenter with a first surface opposite to the surface facing the substrate. [Selected Figure] Figure 7
Description
本開示は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の電子写真画像形成装置の定着装置に用いられる定着用回転体に関する。 This disclosure relates to a fixing rotor used in a fixing device of an electrophotographic image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or printer.
電子写真方式の複写機やプリンタ等の電子写真画像形成装置に搭載される定着装置は、加熱される定着用回転体と、それに接触する加圧ローラと、で形成されたニップ部で未定着トナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着するものが一般的である。 The fixing device installed in electrophotographic image forming devices such as electrophotographic copiers and printers generally heats the recording material carrying an unfixed toner image while conveying it through a nip formed by a heated fixing rotor and a pressure roller in contact with it, fixing the toner image to the recording material.
定着用回転体に導電層を有し、その導電層を直接発熱させることができる電磁誘導加熱方式の定着装置が開発され実用化されている。電磁誘導加熱方式の定着装置は、ウォームアップ時間が短いという利点がある。
導電層は導電性と加熱下での繰り返し歪みに対する耐久性が求められ、例えば、特許文献1には、銅めっきで形成された導電層を持つ定着部材が開示されている。
An electromagnetic induction heating type fixing device has been developed and put to practical use, which has a conductive layer on a fixing rotor and can directly heat the conductive layer. The advantage of the electromagnetic induction heating type fixing device is that it requires a short warm-up time.
The conductive layer is required to have electrical conductivity and durability against repeated strain under heating. For example,
本開示の少なくとも一の態様は、高い導電性を有し、かつ、耐久性に優れた定着用回転体の提供に向けたものである。また、本開示の少なくとも一の態様は、高品位な電子写真画像の安定的な形成に資する定着装置の提供に向けたものである。さらに、本開示の少なくとも一の態様は、高品位な電子写真画像を安定的に形成することができる電子写真画像形成装置に向けたものである。 At least one aspect of the present disclosure is directed to providing a fixing rotor having high conductivity and excellent durability. At least one aspect of the present disclosure is directed to providing a fixing device that contributes to the stable formation of high-quality electrophotographic images. Furthermore, at least one aspect of the present disclosure is directed to an electrophotographic image forming apparatus that can stably form high-quality electrophotographic images.
本開示の一態様によれば、
少なくとも樹脂を含む円筒状の基材と、
該基材上の、導電層と、
該導電層の該基材側に対向する側とは反対側の面上の樹脂層と、を備え、
該導電層は、
該基材の外周面の周方向に延在してなり、かつ、
銀を含み、
該導電層の体積抵抗率が、1.0×10-8~8.0×10-8Ω・mであり、
該導電層の該基材に対向する側の面とは反対側の第1面に圧子を接触させて測定される、該導電層の該第1面から厚さ方向に0.1~0.2μmの領域における圧縮弾性率の平均値が8~30GPaである、定着用回転体が提供される。
According to one aspect of the present disclosure,
A cylindrical substrate containing at least a resin;
a conductive layer on the substrate;
a resin layer on a surface of the conductive layer opposite to a surface facing the substrate,
The conductive layer is
The groove extends in a circumferential direction of the outer peripheral surface of the substrate, and
Contains silver,
the volume resistivity of the conductive layer is 1.0×10 −8 to 8.0×10 −8 Ω·m;
The fixing rotor has an average compressive elastic modulus of 8 to 30 GPa in a region 0.1 to 0.2 μm from the first surface of the conductive layer in the thickness direction, as measured by bringing an indenter into contact with the first surface of the conductive layer opposite to the surface facing the substrate.
本開示の他の態様によれば、上記定着用回転体と、
該定着用回転体を誘導加熱によって加熱するための誘導加熱装置と、を具備する定着装置が提供される。
According to another aspect of the present disclosure, the fixing rotor and
and an induction heating device for heating the fixing rotatable body by induction heating.
本開示のさらに他の一態様によれば、電子写真画像形成装置であって、
該電子写真画像形成装置は、
トナー像を担持する像担持体と、
該トナー像を記録材に転写する転写装置と、
転写された該トナー像を該記録材に定着させる定着装置と、
を備え、
該定着装置が上記定着装置である電子写真画像形成装置が提供される。
According to yet another aspect of the present disclosure, there is provided an electrophotographic image forming apparatus, comprising:
The electrophotographic image forming apparatus comprises:
an image carrier that carries a toner image;
a transfer device for transferring the toner image onto a recording material;
a fixing device for fixing the transferred toner image onto the recording material;
Equipped with
An electrophotographic imaging apparatus is provided in which the fixing device is the fixing device described above.
本開示のさらに他の一態様によれば、上記定着用回転体の製造方法であって、
(i)前記基材を得る工程、
(ii)該工程(i)で得られた基材の外周面に銀ナノ粒子インクを塗布し、焼成することで導電層を得る工程、
(iii)該工程(ii)で得られた導電層上に樹脂材料を塗布し、焼成することで樹脂層を得る工程、
を有する、定着用回転体の製造方法が提供される。
According to still another aspect of the present disclosure, there is provided a method for manufacturing the fixing rotor, comprising the steps of:
(i) obtaining the substrate;
(ii) applying a silver nanoparticle ink to the outer peripheral surface of the substrate obtained in step (i) and baking the ink to obtain a conductive layer;
(iii) applying a resin material onto the conductive layer obtained in the step (ii) and baking the applied resin material to obtain a resin layer;
The present invention provides a method for manufacturing a fixing rotor having the above structure.
本開示の一態様によれば、高導電で耐久性に優れた定着用回転体を得ることができる。また、本開示の他の態様によれば、上記定着用回転体を用いた定着装置を得ることができる。また、本開示の他の態様によれば、上記定着装置を用いた電子写真画像形成装置を得ることができる。 According to one aspect of the present disclosure, a fixing rotor having high conductivity and excellent durability can be obtained. According to another aspect of the present disclosure, a fixing device using the fixing rotor can be obtained. According to another aspect of the present disclosure, an electrophotographic image forming apparatus using the fixing device can be obtained.
本開示において、数値範囲を表す「XX以上YY以下」や「XX~YY」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。また、本開示において、例えば「XX、YY及びZZからなる群から選択される少なくとも一つ」のような記載は、XX、YY、ZZ、XXとYYとの組合せ、XXとZZとの組合せ、YYとZZとの組合せ、又はXXとYYとZZとの組合せのいずれかを意味する。 In this disclosure, the description of a numerical range such as "XX or more and YY or less" or "XX to YY" means a numerical range including the upper and lower limits, which are the endpoints, unless otherwise specified. When a numerical range is described in stages, the upper and lower limits of each numerical range can be combined in any way. In addition, in this disclosure, a description such as "at least one selected from the group consisting of XX, YY, and ZZ" means any of XX, YY, ZZ, a combination of XX and YY, a combination of XX and ZZ, a combination of YY and ZZ, or a combination of XX, YY, and ZZ.
近年、プリンタの高速化が進み、定着部材に対しては更なる耐久性向上が求められている。定着部材においては、サイズの異なる用紙が投入された場合、紙の端部、いわゆる紙コバ部で局所的に圧力がかかるため、部分的な圧縮負荷に対する耐久性が必要である。特に特許文献1に開示されているような、基材層の外周面上に複数の導電層が形成されている構成においては、紙コバ部で繰り返し圧縮変形を受けた際、導電層と樹脂層の圧縮ひずみ差が大きいと、樹脂層と導電層の界面で応力集中が大きくなり、座屈等の発生が懸念される。すなわち、導電層と基材層又は導電層と樹脂層との間の剛性の差が大きいと、導電層に沿うように割れの発生が起こる耐久上の課題が生じることがわかってきた。
In recent years, printers have become faster, and there is a demand for further improved durability of fixing members. When paper of different sizes is inserted into a fixing member, pressure is applied locally to the edge of the paper, the so-called paper edge, so durability against partial compression load is required. In particular, in a configuration in which multiple conductive layers are formed on the outer peripheral surface of a base layer as disclosed in
本開示の一態様に係る定着用回転体と、それを用いて作られる定着装置及び電子写真画
像形成装置について、以下に具体的な構成に基づき詳細に説明する。
ただし、この形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、開示が適用される部材の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この開示の範囲を以下の形態に限定する趣旨のものではない。また、以下の説明では、同一の機能を有する構成には図面中に同一の番号を付し、その説明を省略する場合がある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A fixing rotatable member according to one embodiment of the present disclosure, and a fixing device and an electrophotographic image forming apparatus made using the same will be described in detail below with reference to specific configurations.
However, the dimensions, materials, shapes, and relative positions of the components described in this embodiment are to be changed as appropriate depending on the configuration of the member to which the disclosure is applied and various conditions. In other words, the scope of this disclosure is not intended to be limited to the following embodiment. In the following description, components having the same function are given the same numbers in the drawings, and their description may be omitted.
(電子写真画像形成装置)
電子写真画像形成装置(以下、単に「画像形成装置」ともいう)は、トナー像を担持する像担持体と、トナー像を記録材に転写する転写装置と、転写されたトナー像を記録材に定着させる定着装置と、を備える。
図2は、実施形態に係る定着装置(像加熱装置)15を搭載した画像形成装置の例として、カラーレーザービームプリンタ(以下、プリンタ)1の全体構成を示す横断面図である。
プリンタ1の下部には、カセット2が引き出し可能に収納されている。カセット2は、記録材としてのシートPを積載収容する。カセット2のシートPは分離ローラ3で1枚毎に分離された状態で、レジストレーションローラ4に給送される。なお、記録材であるシートPとしては、普通紙及び厚紙等の紙、プラスチックフィルム、布、コート紙のような表面処理が施されたシート材、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート材など、サイズ及び材質の異なる多様なシートを使用可能である。
(Electrophotographic image forming apparatus)
An electrophotographic image forming apparatus (hereinafter also simply referred to as an "image forming apparatus") includes an image carrier that carries a toner image, a transfer device that transfers the toner image onto a recording material, and a fixing device that fixes the transferred toner image onto the recording material.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a color laser beam printer (hereinafter, printer) 1 as an example of an image forming apparatus equipped with a fixing device (image heating device) 15 according to the embodiment.
A
プリンタ1は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応する画像形成部5Y、5M、5C及び5Kを、横一列に並設してある画像形成手段としての画像形成部5を備えている。画像形成部5Yには、像担持体(電子写真感光体)である感光ドラム6Y、及び感光ドラム6Yの表面を均一に帯電する帯電手段としての帯電ローラ7Yが設けられている。さらに、画像形成部5の下部にはスキャナユニット8が配設されている。スキャナユニット8は、画像情報に基づいて不図示のコンピュータなどの外部機器から入力され、画像処理手段によって生成されたデジタル画像信号に対応してオン/オフ変調されたレーザービームを照射して、感光ドラム6Y上に静電潜像を形成する。
The
さらに、画像形成部5Yは、感光ドラム6Y上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像(トナー画像)として現像する現像手段としての現像ローラ9Yと、感光ドラム6Y上のトナー像を中間転写ベルト10に転写する一次転写部11Yとを備える。
一次転写部11Yでトナー像が転写された中間転写ベルト10のトナー像には、他の画像形成部5M、5C及び5Kで同様のプロセスで形成されるトナー像が多重転写される。これによって中間転写ベルト10上にフルカラーのトナー像が形成される。このフルカラーのトナー像は、転写手段としての二次転写部12でシートPに転写される。一次転写部11Y及び二次転写部12は、転写されたトナー像を記録材に定着させる定着装置の例である。
Furthermore, the image forming unit 5Y includes a developing
Toner images formed by the same process in other
その後、シートP上(記録材上)に転写されたトナー像は、定着装置15を通過し、固着画像として定着される。さらにシートPは、排出搬送部13を通り、積載部14に排出・積載される。
なお、上記画像形成部5は画像形成手段の一例である。定着装置として、一次転写部11Y及び二次転写部12を例示したが、定着装置は、例えば像担持体からシートPにトナー像を直接転写する直接転写方式の定着装置であってもよい。また、画像形成装置は、1色のみのトナーを用いるモノクロ方式の構成を用いてもよい。
Thereafter, the toner image transferred onto the sheet P (on the recording material) passes through a fixing
The
(定着装置)
本実施形態の定着装置15は、定着用回転体を電磁誘導によって発熱させる誘導加熱方
式の定着装置(像加熱装置)である。図3は定着装置15の断面構成を表し、図4は定着装置15の斜視図である。なお、定着装置15の筐体等は図3及び図4において省略されている。以下の説明において、定着装置15を構成する部材に関し、長手方向X1とは、記録材の搬送方向及び記録材の厚さ方向に直交する方向、すなわち定着用回転体20の回転軸方向である。
(Fixing device)
The fixing
定着装置15は、定着用回転体20、フィルムガイド25、加圧ローラ21、加圧用ステイ22、磁性コア26、励磁コイル27、サーミスタ40及び電流センサ30を備えている。定着装置15は、画像が形成された記録材を加熱し画像を記録材に定着する。定着用回転体20は本実施形態の定着用回転体であり、加圧ローラ21は本実施形態の対向部材である。また、励磁コイル27は本実施形態の磁場発生手段として機能する。定着用回転体の詳細については後述する。
The fixing
定着用回転体20は、基材20aと、基材20aの外表面上の導電層20bと、該導電層の該基材側に対向する側とは反対側の面上の樹脂層20eを有する。
導電層20bは、図4に示すように、定着用回転体20の周方向に直交する方向の長手方向X1(定着用回転体20の回転軸方向)の断面視において、電気的に独立した複数の導電領域201(図4)で構成されることができる。つまり、導電層20bは、各々が定着用回転体20の周方向に延びる複数のリング形状の導電領域であって、電気的に互いに独立している複数の導電領域を含むことができる。複数の導電領域が電気的に互いに独立しているとは、導電領域の各々が独立して電磁誘導によって発熱することができることを意味する。複数の導電領域201の各々は、長手方向X1に関して均一な幅で形成されていることが好ましい。
The fixing
As shown in FIG. 4, the
定着用回転体20に対向する対向部材(加圧部材)としての加圧ローラ21は、芯金21aと、芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた弾性層21bとを備え、表層に離型層21cが設けられている。弾性層21bは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴムなど耐熱性に優れる材質が好ましい。そして、芯金21aの長手方向における両端部は、定着装置の不図示のシャーシ側板金間に、導電性軸受けを介して回転自由に保持させて配設してある。
The
また、図4に示すように、加圧用ステイ22の長手方向の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材23a及び23bとの間に、それぞれ加圧バネ24a及び24bを縮設することで、加圧用ステイ22に押し下げ力を作用させている。
As shown in FIG. 4, compression springs 24a and 24b are respectively provided between both longitudinal ends of the
なお、本実施形態の定着装置15では、総圧約100N~300N(約10kgf~約30kgf)の押圧力を与えている。これにより、耐熱性樹脂であるポリフェニレンサルファイド(PPS)などで構成されたフィルムガイド25の下面と、加圧ローラ21の上面が、円筒形回転体である定着用回転体20を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Nが形成される。フィルムガイド25は、加圧ローラ21と共に、定着用回転体20を介してトナー画像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ部形成部材として機能する。
The fixing
加圧ローラ21は、不図示の駆動手段により時計方向に回転駆動し、定着用回転体20の外面との摩擦力により定着用回転体20に反時計方向の回転力を作用させる。これにより、定着用回転体20はフィルムガイド25に摺動しながら回転する。
The
図5は、図3に示される磁性コア26、及び励磁コイル27の模式図であり、定着用回転体20との位置関係を説明するために定着用回転体20を破線で示している。定着用回転体20を電磁誘導によって発熱させる誘導加熱方式の定着装置における誘導加熱装置は
、磁性コア26及び励磁コイル27を備えてもよい。
励磁コイル27は、定着用回転体20の内部に配置されている。励磁コイル27は、らせん軸が定着用回転体20の回転軸に沿う方向と略平行であるらせん形状部を有し、導電層20bを電磁誘導発熱させる交番磁界を形成する。略平行とは、2つの軸が完全に平行な状態だけではなく、導電層を電磁誘導発熱可能な程度に若干のズレを許容することを意味する。
磁性コア26は、らせん形状部の中に配置され、定着用回転体20の回転軸方向に延びて定着用回転体20の外側でループを形成しない。磁性コア26は、交番磁界の磁力線を誘導する。
5 is a schematic diagram of the
The
The
図5では、磁性コア26は、筒状の回転体である定着用回転体20の中空部に挿通されている。また、励磁コイル27は、磁性コア26の外周にらせん状に巻き付けられて長手方向に延びている。磁性コア26は、円柱形状をしており、不図示の固定手段で長手方向に見た断面で定着用回転体20のほぼ中央に位置するように固定されている(図3参照)。
In FIG. 5, the
励磁コイル27の内部に設けられる磁性コア26は、励磁コイル27にて生成された交番磁場の磁力線(磁束)を定着用回転体20の導電層20bより内側に誘導し、磁力線の通路(磁路)を形成する役割がある。磁性コア26の材質は、強磁性体である。強磁性体である磁性コア26の材質は、ヒステリシス損が小さく比透磁率の高い材料、例えば、焼成フェライト、フェライト樹脂などからなる群から選択される少なくとも一の高透磁率の軟磁性体が好ましい。
The
好ましくは、磁性コア26の回転軸方向の一方の長手端部から出た磁束の70%以上は、導電層20bの外側を通過して磁性コア26の他方の長手端部に戻る形状となっている。
磁性コア26の断面形状は、定着用回転体20の中空部に収納可能な形状であればよく、円形状である必要はないものの、断面積ができるだけ大きくできる形状が好ましい。本実施形態では磁性コア26の直径は10mmとし、長手方向の長さ280mmとした。
Preferably, 70% or more of the magnetic flux emitted from one longitudinal end of the
The cross-sectional shape of the
励磁コイル27は、耐熱性のポリアミドイミドで被覆した直径1~2mmの銅線材(単一導線)を、磁性コア26にらせん状に巻いて形成した。励磁コイル27は、磁性コア26の外周に、定着用回転体20の回転軸方向に交差する方向に捲回されている。このため、励磁コイル27に高周波の交番電流を流すと、定着用回転体20の回転軸方向に平行な方向に交番磁場が発生し、定着用回転体20の導電層20bの各発熱リング201に、後述する原理で誘導電流(周回電流)が流れて発熱する。
The
図3及び図4に示すように、定着用回転体20の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ40は、バネ板40a及びサーミスタ素子40bによって構成される。バネ板40aは、定着用回転体20の内面に向かって延びている、バネ弾性を有する支持部材である。温度検知素子としてのサーミスタ素子40bは、バネ板40aの先端部に設置されている。サーミスタ素子40bの表面は、電気絶縁性を確保するために50μm厚のポリイミドテープで覆われている。
As shown in Figures 3 and 4, the
サーミスタ40は、長手方向における定着用回転体20の略中央部の位置に、フィルムガイド25に固定して設置される。サーミスタ素子40bは、定着用回転体20の内面にバネ板40aのバネ弾性により押圧されて接触状態に保持される。なお、サーミスタ40は、定着用回転体20の外周側に配置してもよい。
The
導電層20bの周方向の導通を監視する導通監視装置を構成する電流センサ30は、定
着装置15の長手方向に関してサーミスタ40と同一位置に配置される。すなわち、電流センサ30で監視するのは、定着用回転体20の発熱パターンを構成する複数の発熱リング201の内、サーミスタ素子40bが接触している位置にある発熱リング201の導通状態である。
The
(加熱原理)
誘導加熱方式の定着装置15における、定着用回転体20の加熱原理を説明する。
図6は、励磁コイル27に矢印I0の向きに電流を流した際に形成される磁界を表す概念図である。励磁コイル27は、定着用回転体20に挿通された磁性コア26の外周に捲回され、交番電流を流すことで定着用回転体20の回転軸方向に交番磁場が形成され、定着用回転体20の周方向に誘導電流Iを生じさせる磁場発生手段として機能する。
また、磁性コア26は、励磁コイル27にて生成された磁力線B(図6中点線)を誘導し、磁路を形成する部材として機能する。
(Heating principle)
The heating principle of the fixing
6 is a conceptual diagram showing a magnetic field formed when a current is passed through the
Further, the
一般的な誘導加熱方式の定着装置においては、磁力線が導電層中を貫通して渦電流を発生させる。これに対し、本実施形態では、磁力線Bが定着用回転体の外側でループする構成になっている。すなわち、磁性コア26の一方の長手端部から出て導電層20bの外側を通過し、磁性コア26の他方の長手端部に戻る磁力線によって誘導された誘導電流によって導電層20bは主に発熱される。こうすることで導電層の厚みが例えば4μm以下と薄くても効率的に発熱することができる。
In a typical induction heating type fixing device, magnetic field lines penetrate the conductive layer to generate eddy currents. In contrast, in this embodiment, the magnetic field lines B are configured to loop on the outside of the fixing rotor. That is, the
励磁コイル27により交番磁場が形成されると、定着用回転体20の導電層20bの各発熱リング201には、ファラデーの法則に従う誘導電流Iが流れる。ファラデーの法則とは、「回路の中の磁界を変化させると、その回路の中に電流を流そうとする誘導起電力が生じ、誘導起電力は回路を垂直に貫く磁束の時間変化に比例する」というものである。
When an alternating magnetic field is generated by the
図6に示す磁性コア26の長手方向における中央部に位置する発熱リング201cについて、励磁コイル27に高周波の交番電流を流した場合に発熱リング201cに流れる誘導電流Iを考える。高周波の交番電流を流した場合、磁性コア26内部には交番磁場が形成される。その際に発熱リング201cに作用する誘導起電力は、次の数式1に従い、発熱リング201cの内側を垂直に貫く磁束の時間変化に比例する。
N:コイル巻き数
ΔΦ/Δt:微小時間Δtでの回路(発熱リング201c)を垂直に貫く磁束の変化
Consider the induced current I that flows through heat-generating
この誘導起電力Vにより、発熱リング201cを周回する周回電流である誘導電流Iが流れて、誘導電流Iに伴って生じるジュール熱によって発熱リング201cが発熱する。しかし、発熱リング201cが断線している場合、誘導電流Iは流れず、その発熱リング201cは発熱しない。
This induced electromotive force V causes an induced current I, which is a circular current that circulates around the
(1)定着用回転体の構成概略
本実施形態の定着用回転体の詳細について、図面を用いて説明する。
本開示の一態様に係る定着用回転体は、例えば、エンドレスベルト形状のような回転可能な部材とすることができる。
(1) Outline of Configuration of Fixing Rotor The fixing rotor of this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
The fixing rotatable member according to one aspect of the present disclosure may be, for example, a rotatable member having an endless belt shape.
図7は、定着用回転体の周方向の断面図である。定着用回転体は、少なくとも樹脂を含
む円筒状の基材20aと、基材20a上の導電層20bと、該導電層の該基材に対向する側とは反対側の面上の樹脂層20eとを有する。樹脂層20e上に必要に応じて弾性層20cや、表層(離型層)20dを有することもでき、また、弾性層20cと表層20dとの間に、接着層20fを有することもできる。
7 is a cross-sectional view of the fixing rotor in the circumferential direction. The fixing rotor has a
(2)基材
基材20aの材質は、少なくとも樹脂を含む層であれば特に限定されるものではない。すなわち、基材20aは樹脂を含む。ベルトを電磁誘導方式の定着装置に用いる場合、基材20aは導電層が発熱した状態で物性の変化が少なく、高強度を維持する層であることがよい。このため、基材20aは主成分として耐熱性樹脂を含むことが好ましく、耐熱性樹脂から構成されることが好ましい。耐熱性樹脂は、例えば200℃未満(好ましくは250℃未満)の温度で融解又は分解しない樹脂である。
(2) Substrate The material of the
基材20aに含まれる樹脂(好ましくは基材を構成する樹脂)としては、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、変性ポリイミド及び変性ポリアミドイミドからなる群から選択される少なくとも一であることが好ましい。より好ましくは、ポリイミド及びポリアミドイミドからなる群から選択される少なくとも一方である。これらの中でも、特にポリイミドが好ましい。なお、本開示において、主成分とは、対象物(ここでは基材)を構成する成分のうち、最も多く含まれる成分を意味する。
なお、変性ポリイミド、及び変性ポリアミドイミドにおける変性とは、シロキサン変性、カーボネート変性、フッ素変性、ウレタン変性、トリアジン変性、フェノール変性などが挙げられる。
The resin contained in the
The modified polyimide and modified polyamideimide include siloxane-modified, carbonate-modified, fluorine-modified, urethane-modified, triazine-modified, and phenol-modified.
定着用回転体において、基材20aの材質の分析は、以下の手順で行うことができる。
定着用回転体から10mm角のサンプルを切り出し、弾性層や表層がある場合は剃刀や溶剤等で除去する。得られたサンプルについて赤外分光分析装置(FT-IR)(例えば、商品名:Frontier FT IR,PerkinElmer社製)を用いた全反射(ATR)測定を行うことにより材質の確認が可能である。
また、後述の樹脂層の材質についても、上記と同様の方法で分析することができる。
In the fixing rotating body, the material of the
A sample of 10 mm square is cut out from the fixing rotor, and if there is an elastic layer or a surface layer, it is removed with a razor, a solvent, etc. The material can be confirmed by performing an ATR measurement on the obtained sample using an infrared spectrometer (FT-IR) (for example, product name: Frontier FT IR, manufactured by PerkinElmer).
The material of the resin layer described below can also be analyzed in the same manner as above.
基材20a中には、断熱性や強度向上のために充填剤が配合されていてもよい。
基材の形状は、定着用回転体の形状に応じて適宜選択することができ、例えば、エンドレスベルト形状、中空円筒状、フィルム状など、様々な形状とすることができる。
基材20aの厚みは、例えば、10~100μmとすることが好ましく、20~60μmとすることがより好ましい。基材20aの厚みを、上記の範囲内とすることで、強度及び可撓性を高いレベルで両立させ得る。
また、基材20aの導電層20bに対向する側とは反対側の表面上には、例えば、定着ベルトの内周面が他部材と接する場合における定着ベルトの内周面の摩耗を防ぐための層や、他部材との摺動性を向上させるための層を設けることもできる。
A filler may be blended into the
The shape of the substrate can be appropriately selected depending on the shape of the fixing rotary member, and can be, for example, an endless belt shape, a hollow cylinder shape, a film shape, or various other shapes.
The thickness of the
In addition, on the surface of the
なお、基材20aの外周面は、導電層20bとの密着性や濡れ性改善のために、ブラストなどの粗面化処理や、紫外線やプラズマ、化学的エッチングなどの改質処理が施されていてもよい。
In addition, the outer peripheral surface of the
(3)導電層
導電層20bは、基材の外周面の周方向に延在してなり、通電時に発熱する層である。励磁コイルを用いた誘導加熱による発熱原理では、定着用回転体の近傍に配置された励磁コイルに交番電流が供給されると、磁界が誘起され、その磁場により定着用回転体の導電層20bに誘導電流が流れ、ジュール熱により発熱する。
(3) Conductive layer The
導電層20bの材質としては、体積抵抗率が低く、酸化がしにくい銀が好ましい。導電層20bは、銀を含む。
導電層20bに銀を含むことにより、導電層に求められる導電性を維持することができ、画像不良の発生を防ぐことができる。また、酸化による劣化を抑制することができ、耐久性を向上できる。導電層20bは、本開示の効果を損なわない程度に、銀以外の金属などを含有してもよい。但し、導電層を構成する銀の純度としては、90質量%以上が好ましく、99質量%以上がより好ましく、99.9質量%以上が特に好ましい。上限は特に制限されない。例えば100質量%以下である。
The
By including silver in the
定着用回転体において、導電層の銀の分析は、例えば、以下の手順で行うことができる。
定着用回転体から、縦5mm、横5mm、厚みが定着用回転体の全厚みである試料を、定着用回転体の任意の箇所から20個採取する。得られた20個の試料について、定着用回転体の周方向の断面を、クロスセクションポリッシャ(商品名:SM09010、日本電子社製)で露出させる。続いて、露出させた導電層の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(商品名:JSM-F100、日本電子社製)で観察し、観察画像内の銀結晶粒子のエネルギー分散型X線分光法(EDS)分析を行う。観察条件は20000倍、二次電子像取得モード、EDS分析条件は、加速電圧5.0kV、ワーキングディスタンス:10mmである。EDS分析を行う空間範囲はエリア指定を行い、観察画像内の銀結晶粒子だけを選択するよう調整する。
1個の試料について1画像を取得し、1画像内で3か所のEDS分析を行う。試料6個で計60か所での純度を分析し、算術平均値を算出することで導電層を構成する銀の純度とすることができる。
In the fixing rotating member, the analysis of silver in the conductive layer can be carried out, for example, by the following procedure.
From the fixing rotor, 20 samples each having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of the entire thickness of the fixing rotor are taken from any point of the fixing rotor. For the obtained 20 samples, the cross section in the circumferential direction of the fixing rotor is exposed with a cross-section polisher (product name: SM09010, manufactured by JEOL Ltd.). Next, the exposed cross section of the conductive layer is observed with a scanning electron microscope (SEM) (product name: JSM-F100, manufactured by JEOL Ltd.), and the silver crystal particles in the observed image are analyzed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The observation conditions are 20,000 times magnification, secondary electron image acquisition mode, and EDS analysis conditions are accelerating voltage 5.0 kV, working distance: 10 mm. The spatial range in which the EDS analysis is performed is designated by area, and adjusted to select only the silver crystal particles in the observed image.
One image is taken for one sample, and EDS analysis is performed at three points within one image. The purity is analyzed at a total of 60 points for six samples, and the arithmetic average value is calculated to determine the purity of the silver that constitutes the conductive layer.
導電層20bの最大厚みTeは、4μm以下とすることが好ましい。上記の厚みとすることで、定着用回転体に適度な可撓性を持たせ、かつ熱容量を小さくすることができる。
また、最大厚みTeを4μm以下とすることで、耐屈曲性能をより向上させることができる。図3に示すように、定着用回転体20は、フィルムガイド25と、加圧ローラ21とに押圧された状態で回転駆動される。その一回転毎に、定着用回転体20は定着ニップ部Nにおいて加圧・変形され、応力を受けることとなる。この繰り返し屈曲が、定着装置の耐久寿命まで加えられ続けても、定着用回転体20の導電層20bは、疲労破壊を起こさないように設計することが好ましい。
The
Moreover, by setting the maximum thickness Te to 4 μm or less, the bending resistance performance can be further improved. As shown in Fig. 3, the fixing
導電層20bの厚みを薄くすると、導電層20bの疲労破壊に対する耐性は大幅に向上する。なぜなら、導電層20bを、フィルムガイド25の曲面の形状に沿わせて押圧し変形させた場合、導電層20bに働く内部応力は、導電層20bが薄いほど小さくなるからである。また、導電層の厚みを薄くすることで、導電層が十分に発熱するために要する時間をより短縮化し得る。
Reducing the thickness of the
以上の理由により、導電層20bの最大厚みTeを4μm以下とすることが好ましい。
導電層の最大厚みTeは、3μm以下とすることがより好ましい。導電層の厚みの下限値は特に制限されるものではないが、耐久性を維持する観点から、1μm以上とすることが好ましい。導電層の最大厚みTeは、例えば1~4μm、特には、1~3μmの範囲が好ましい。
For the above reasons, it is preferable that the maximum thickness Te of the
The maximum thickness Te of the conductive layer is more preferably 3 μm or less. The lower limit of the thickness of the conductive layer is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more from the viewpoint of maintaining durability. The maximum thickness Te of the conductive layer is preferably in the range of, for example, 1 to 4 μm, particularly 1 to 3 μm.
定着用回転体における導電層の最大厚みTeは、以下の方法で測定することができる。
定着用回転体から、縦5mm、横5mm、厚みが定着用回転体の全厚みである試料を、定着用回転体の任意の箇所から6個採取する。得られた6個の試料について、定着用回転体の周方向の断面を、クロスセクションポリッシャ(商品名:SM09010、日本電子社製)で露出させる。
続いて、露出させた導電層の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(商品名:JSM-F100、日本電子社製)で加速電圧3kV、ワーキングディスタンス2.9mm、倍率10000倍で観察し、幅13μm、高さ10μmの画像を得る。得られた画像中の導電層について、最も基材側寄りにある箇所と、その反対側の最も樹脂層側にある箇所で平行線を引いて、その距離をその画像中の導電層の厚みとし、6個の試料の算術平均値を最大厚みTeと定義した。なお平行線は観察領域中の基材の導電層とは反対側の面を基準として引くものとした。
The maximum thickness Te of the conductive layer on the fixing rotary member can be measured by the following method.
Six samples, each 5 mm long, 5 mm wide, and the full thickness of the fixing rotor, are taken from any location of the fixing rotor. The circumferential cross sections of the six samples are exposed using a cross-section polisher (product name: SM09010, manufactured by JEOL Ltd.).
Next, the cross section of the exposed conductive layer was observed with a scanning electron microscope (SEM) (product name: JSM-F100, manufactured by JEOL Ltd.) at an acceleration voltage of 3 kV, a working distance of 2.9 mm, and a magnification of 10,000 times to obtain an image with a width of 13 μm and a height of 10 μm. Parallel lines were drawn between the conductive layer in the obtained image at the location closest to the substrate side and the location closest to the resin layer side on the opposite side, and the distance between the parallel lines was defined as the thickness of the conductive layer in the image, and the arithmetic average value of the six samples was defined as the maximum thickness Te. The parallel lines were drawn based on the surface of the substrate opposite the conductive layer in the observation area.
導電層の体積抵抗率は、1.0×10-8~8.0×10-8Ω・mである。導電層の体積抵抗率を上記範囲とすることで、導電層に求められる導電性を維持することができ、画像不良の発生を防ぐことができる。
導電層の体積抵抗率は、2.0×10-8Ω・m以上が好ましく、2.5×10-8Ω・m以下がより好ましい。また、7.0×10-8Ω・m以下が好ましく、6.0×10-8Ω・m以下がより好ましい。例えば、好ましくは、2.0×10-8~7.0×10-8Ω・m、2.0×10-8~6.0×10-8Ω・mの範囲が挙げられる。
The volume resistivity of the conductive layer is 1.0×10 −8 to 8.0×10 −8 Ω·m. By setting the volume resistivity of the conductive layer in the above range, the conductivity required for the conductive layer can be maintained, and the occurrence of image defects can be prevented.
The volume resistivity of the conductive layer is preferably 2.0×10 −8 Ω·m or more, and more preferably 2.5×10 −8 Ω·m or less. Also, it is preferably 7.0×10 −8 Ω·m or less, and more preferably 6.0×10 −8 Ω·m or less. For example, it is preferably in the range of 2.0×10 −8 to 7.0×10 −8 Ω·m, or 2.0×10 −8 to 6.0×10 −8 Ω·m.
導電層の体積抵抗率は、例えば、導電層の材質、導電層の製造方法などにより制御できる。具体的には、導電層の材質に銀を用いることで、体積抵抗率を高くすることができる。また、具体的には例えば、導電層を銀ナノインクを用いて形成する場合、基材の表面上に形成した銀ナノインクの膜の焼成温度が高いほど、体積抵抗率の低い導電層を得ることができる。これは、銀ナノインクに含まれる分散剤のような有機材料が高温での焼成過程において揮発し、銀以外の成分の含有量が少ない導電層とすることができるためである。 The volume resistivity of the conductive layer can be controlled, for example, by the material of the conductive layer and the manufacturing method of the conductive layer. Specifically, the volume resistivity can be increased by using silver as the material of the conductive layer. Also, specifically, for example, when the conductive layer is formed using silver nanoink, the higher the baking temperature of the silver nanoink film formed on the surface of the substrate, the lower the volume resistivity of the conductive layer can be obtained. This is because organic materials such as dispersants contained in the silver nanoink volatilize during the baking process at high temperatures, resulting in a conductive layer with a low content of components other than silver.
導電層の体積抵抗率は、例えば4探針法による抵抗測定(JIS K 7194)で測定することができる。
本開示においては、低抵抗 抵抗率計(ロレスターGX MCP-T700、日東精工アナリテック製)を用いて、JIS K 7194:1994に従って体積抵抗率を測定する。具体的には、以下の方法により測定する。
定着用回転体から、表層、弾性層を剥離し、基層、導電層、樹脂層の積層体を取り出す。次に、溶剤(株式会社金子化学製、eソルブ21KZE-100)により基層及び樹脂層を除去し、導電層を得る。得られた導電層に対し、上記装置の測定用プローブを直接接触させて体積抵抗値を測定する。使用するプローブは導電層の幅に合わせて選択すればよい。例えば導電層の幅が200μmであれば、電極の径が150μmのプローブを選択する。導電層の抵抗値は複数の導電層の抵抗値を計測し、平均値を該部材の導電層の体積抵抗率とする。
The volume resistivity of the conductive layer can be measured, for example, by resistance measurement using a four-probe method (JIS K 7194).
In the present disclosure, the volume resistivity is measured using a low-resistance resistivity meter (Loresta GX MCP-T700, manufactured by Nitto Seiko Analytech Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7194: 1994. Specifically, the volume resistivity is measured by the following method.
The surface layer and the elastic layer are peeled off from the fixing rotor, and the laminate of the base layer, the conductive layer, and the resin layer is taken out. Next, the base layer and the resin layer are removed using a solvent (e-solv 21KZE-100, manufactured by Kaneko Chemical Co., Ltd.) to obtain a conductive layer. The volume resistivity is measured by directly contacting the measuring probe of the above-mentioned device with the obtained conductive layer. The probe to be used may be selected according to the width of the conductive layer. For example, if the width of the conductive layer is 200 μm, a probe with an electrode diameter of 150 μm is selected. The resistance value of the conductive layer is determined by measuring the resistance values of multiple conductive layers, and the average value is taken as the volume resistivity of the conductive layer of the member.
導電層20bは、前記したように、導電層20bが、定着用回転体の周方向に直交する長手方向において、電気的に互いに独立した複数のリング状の導電領域201で構成されていることができる(図4参照)。このような構成を取ることで、導電領域201のうちの1つにクラックが生じ、発熱困難となったとしても導電層20b全体としての発熱能力に大きな影響を与えにくい。
As described above, the
なお、上記のように、導電層20bを複数の導電領域201で構成した場合、導電層20bの総表面積が増えるため、相対的に酸化されやすくなる。しかしながら、導電層の材料として銀を用いることで、導電層の酸化による劣化を有効に抑制することができる。
As described above, when the
図4に示すように、導電層20bを複数の導電領域201で構成する場合、定着用回転体の長手方向の断面視において、各導電領域の幅は、良好な発熱性能を担持させる観点から、100μm以上であることが好ましく、200μm以上がより好ましい。発熱ムラの抑制の観点から、500μm以下が好ましく、400μm以下がより好ましい。導電領域
の各々の幅は、例えば、好ましくは、100~500μm、200~400μmの範囲が挙げられる。また、導電領域の各々の幅は、略一定であることが好ましい。
導電層20bの導電領域同士の間隔は、導電領域同士の短絡の防止の観点から、50μm以上であることが好ましく、100μm以上がより好ましい。また、定着用回転体の発熱ムラの抑制の観点から、400μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましい。導電領域同士の間隔は、例えば、好ましくは、50~400μm、より好ましくは、100~300μmである。
4, when the
The distance between the conductive regions of the
導電層20bは、圧縮方向の圧縮弾性率と、基材や樹脂層との圧縮弾性率との差分が小さいことが望ましい。基材や樹脂層と導電層との圧縮弾性率の差が小さいと、紙の端部、いわゆる紙コバ部で局所的な圧縮変形を受けた際、導電層と基材や樹脂層との界面に過剰な応力がかかるのを抑制することができる。基材は、前述のように主成分として耐熱性樹脂から構成されることが好ましい。そのため導電層20bの圧縮弾性率は、銀を主成分としながらも極力低い圧縮弾性率を有することが望ましい。
It is desirable that the difference between the compressive modulus of the
導電層の圧縮方向の圧縮弾性率は8~30GPaである。
導電層の圧縮弾性率は、バーコビッチ型圧子を、導電層の基層に対向する面とは反対側の第1面に接触させ、該圧子を第1面から深さ1μmまで押込んで、各深さ位置における圧縮弾性率を測定する。そして、当該押込み深さに対しての10~20%の深さ領域、すなわち、第1面から深さ0.1μmから0.2μmの深さ領域の各深さ位置での圧縮弾性率の平均値を求める。そして、当該平均値を、導電層の圧縮弾性率とする。
導電層の圧縮弾性率は、25GPa以下がより好ましく、20Gpa以下がさらに好ましい。上記圧縮弾性率の下限は、導電層の耐久性の観点から、8GPa以上である。導電層の圧縮弾性率の範囲としては、例えば、8~25GPaが好ましく、8~20GPaがより好ましい。
The compressive elastic modulus of the conductive layer in the compression direction is 8 to 30 GPa.
The compressive elastic modulus of the conductive layer is measured by contacting a Berkovich type indenter with a first surface of the conductive layer opposite to the surface facing the base layer, indenting the indenter to a depth of 1 μm from the first surface, and measuring the compressive elastic modulus at each depth position. Then, the average value of the compressive elastic modulus at each depth position in a depth region of 10 to 20% of the indentation depth, i.e., a depth region of 0.1 μm to 0.2 μm from the first surface, is calculated. The average value is then regarded as the compressive elastic modulus of the conductive layer.
The compressive elastic modulus of the conductive layer is preferably 25 GPa or less, and more preferably 20 GPa or less. The lower limit of the compressive elastic modulus is 8 GPa or more from the viewpoint of durability of the conductive layer. The range of the compressive elastic modulus of the conductive layer is, for example, preferably 8 to 25 GPa, and more preferably 8 to 20 GPa.
導電層の圧縮弾性率を上記範囲とすることで、基材に使用する樹脂材料の圧縮弾性率との差分を小さくすることができる。その結果、導電層と基材や樹脂層を構成する樹脂との界面に過剰な応力がかかるのを抑制することができ、耐久性を向上できる。
導電層の圧縮弾性率は、基材の圧縮弾性率の6倍以内であることが好ましい。基材の圧縮弾性率は、弾性層の圧縮弾性率と同様にして測定する。
具体的には、バーコビッチ型圧子を、基材の導電層が形成されている側の面とは反対側の第1面から深さ1μmの位置まで押込み、各深さ位置における圧縮弾性率を測定する。そして、基層の第1面から深さ0.1~0.2μmの厚さ領域における圧縮弾性率の平均値を、その基材の圧縮弾性率とする。好ましい基材の材料として挙げたポリイミドからなる厚さ40μmの基材の圧縮弾性率は、例えば、5GPaである。このことから、上記ポリイミド製の基材上に形成した導電層の圧縮弾性率としては、基材の圧縮弾性率との比が6倍以下、すなわち30GPa以下であることが好ましい。なお、基材が樹脂で構成されている場合において、基材の平均圧縮弾性率は、2.5~6.0GPaであることが好ましい。
By setting the compressive elastic modulus of the conductive layer within the above range, the difference between the compressive elastic modulus of the conductive layer and the compressive elastic modulus of the resin material used in the substrate can be reduced, which can prevent excessive stress from being applied to the interfaces between the conductive layer and the substrate or the resin constituting the resin layer, thereby improving durability.
The compressive elastic modulus of the conductive layer is preferably within 6 times the compressive elastic modulus of the substrate, which is measured in the same manner as the compressive elastic modulus of the elastic layer.
Specifically, the Berkovich indenter is pressed to a depth of 1 μm from the first surface of the substrate opposite to the surface on which the conductive layer is formed, and the compressive modulus at each depth is measured. The average value of the compressive modulus in the thickness region of 0.1 to 0.2 μm from the first surface of the base layer is taken as the compressive modulus of the substrate. The compressive modulus of a 40 μm thick substrate made of polyimide, which is a preferred substrate material, is, for example, 5 GPa. For this reason, it is preferable that the compressive modulus of the conductive layer formed on the polyimide substrate is 6 times or less than the compressive modulus of the substrate, that is, 30 GPa or less. When the substrate is made of resin, the average compressive modulus of the substrate is preferably 2.5 to 6.0 GPa.
導電層の圧縮弾性率は、25GPa以下がより好ましく、20Gpa以下がさらに好ましい。上記圧縮弾性率の下限は、導電層の耐久性の観点から、8GPa以上が好ましい。導電層の圧縮弾性率は、例えば、好ましくは、8~25Gpa、8~20GPaの範囲が挙げられる。 The compressive elastic modulus of the conductive layer is preferably 25 GPa or less, and even more preferably 20 GPa or less. From the viewpoint of the durability of the conductive layer, the lower limit of the compressive elastic modulus is preferably 8 GPa or more. The compressive elastic modulus of the conductive layer is preferably, for example, in the range of 8 to 25 GPa, or 8 to 20 GPa.
導電層に求められる導電性を維持しながら圧縮弾性率を低くすることは、導電層中に空孔を設けることで達成できる。導電層中に空孔を有することで、局所的な圧縮応力を受けた際に、基材や樹脂層を構成する樹脂の変形と追従して導電層も変形し、過剰な応力を受け流すことが可能となる。その結果、割れの発生を抑制し、導電層の耐久性を向上できる
。
導電層の空孔の大きさ及び割合が大きいほど、導電層の圧縮弾性率を低く抑えることができる。ただし、導電層の空孔率が大きすぎると導電性やその耐久性に課題が生じてくるため、導電層の圧縮弾性率が8GPaを下回ることのないように空孔の大きさ及び割合を調整することが望ましい。
The conductive layer can be provided with pores to reduce the compressive modulus while maintaining the required conductivity. By providing pores in the conductive layer, when the conductive layer is subjected to localized compressive stress, the conductive layer can deform in accordance with the deformation of the resin constituting the substrate and the resin layer, and can dissipate excess stress. As a result, the occurrence of cracks can be suppressed and the durability of the conductive layer can be improved.
The larger the size and ratio of the pores in the conductive layer, the lower the compressive elastic modulus of the conductive layer can be kept. However, if the porosity of the conductive layer is too large, problems arise in the conductivity and durability, so it is desirable to adjust the size and ratio of the pores so that the compressive elastic modulus of the conductive layer does not fall below 8 GPa.
導電層20b内に空孔を設ける方法としては、特に制限されないが、例えば導電層20b上にフォトリソ工程でパターンを形成した後に、薬液エッチングで空孔を設ける方法や、レーザーや集束イオンビームを利用して空孔を設ける方法が挙げられる。本開示では特に、銀ナノ粒子材料を利用した空孔形成について説明する。
The method of forming voids in the
まず、粒径が10~50nm程度の銀ナノ粒子が配合された塗料を成膜する。これにより、図8(a)のように、粒子が積層された状態となる。銀ナノ粒子は、その表面エネルギーの不安定さから100℃程度の低温での焼成によって銀ナノ粒子同士が融着し、図8(b)に示すように、ナノサイズの空孔を有した状態の膜とすることができる。導電層20bは、銀ナノ粒子の焼結体であることが好ましい。
First, a coating is formed using paint containing silver nanoparticles with a particle size of about 10 to 50 nm. This results in a layered structure of particles, as shown in FIG. 8(a). Due to the instability of the surface energy of silver nanoparticles, the silver nanoparticles fuse together when fired at a low temperature of about 100°C, resulting in a film with nano-sized voids, as shown in FIG. 8(b). The
さらに、銀ナノ粒子を成膜した積層体を300℃~400℃で焼成(焼結)することで、当該膜中のナノサイズの空孔同士が合一することで、大きな空孔が形成されていき、やがて、基材側の表面及び該基材側の表面とは反対側の表面の双方に開口した貫通孔が、図8(c)に示すように形成されていく。すなわち、銀ナノインクを用いて導電層を形成する場合においては、基材の表面上に形成した銀ナノインクの層の焼成温度が高めること、また、焼成時間を長くすることで、空孔の数及び空孔の大きさを調整することができる。 Furthermore, by baking (sintering) the laminate with the silver nanoparticles formed at 300°C to 400°C, the nano-sized voids in the film coalesce to form larger voids, and eventually through-holes opening on both the surface on the substrate side and the surface opposite the substrate side are formed as shown in Figure 8 (c). In other words, when forming a conductive layer using silver nanoink, the number and size of voids can be adjusted by increasing the baking temperature of the silver nanoink layer formed on the surface of the substrate and by extending the baking time.
導電層中の空孔の大きさ及び数は、空孔率として表すことができる。ここで、導電層における空孔率は、以下のようにして求める。
(評価用サンプルの作製)
まず、評価用サンプルを作製する。定着用回転体から、縦5mm、横5mm、厚みが定着用回転体の全厚みである試料を、定着用回転体の任意の箇所から1個採取する。
得られた試料について、定着用回転体の周方向の断面を、イオンビームを用いて研磨加工する。このとき、イオンビームの研磨加工によって導電層の周方向の断面が露出するよう加工位置を調整する。イオンビームによる断面の研磨加工の方法は、特に限定されないが、本開示においてはクロスセクションポリッシャを用いる。イオンビームによる断面の研磨加工では、試料からのフィラーの脱落や研磨剤の混入を防ぐことができ、また、研磨痕の少ない断面を形成することができる。
The size and number of pores in the conductive layer can be expressed as the porosity, which is determined as follows.
(Preparation of evaluation samples)
First, a sample for evaluation is prepared by taking one sample having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness corresponding to the entire thickness of the fixing rotor from an arbitrary position of the fixing rotor.
The obtained sample is polished by using an ion beam to the cross section in the circumferential direction of the fixing rotor. At this time, the processing position is adjusted so that the cross section in the circumferential direction of the conductive layer is exposed by the polishing of the ion beam. The method of polishing the cross section by the ion beam is not particularly limited, but in the present disclosure, a cross-section polisher is used. In the polishing of the cross section by the ion beam, it is possible to prevent the filler from falling off the sample and the abrasive from being mixed in, and also to form a cross section with few polishing marks.
(導電層の断面観察及び画像処理)
上記方法により得られた導電層の断面を走査型電子顕微鏡観察(SEM)(商品名:JSM-F100、日本電子社製)で観察し、断面画像(SEM画像)を取得する。観察条件は20000倍の反射電子像モードで、反射電子像取得条件は、加速電圧:3.0kV、ワーキングディスタンス:3mmとする。
図1に、定着用回転体100の断面のSEM画像の一例を示す。図1に示すように、定着用回転体100は、基材101、基材上の導電層103、導電層上の樹脂層105と、を備えている。導電層103の一例は、銀の結晶103-1を含む。また、導電層103は、少なくとも1個の空孔107を有する。
上記で得たSEM画像に対し、結晶粒子部分を白く、結晶粒子以外の部分を黒く表示されるように、二値化処理を行う。二値化の手法としては、例えば大津法を用いることができる。
具体的には、まず、画像解析ソフト(ImageProPlus、MediaCybernetics社製)で反射電子像を読み込み、任意の箇所で大きさ0.5μm×0.5
μmの範囲で画像を切り出し、この画像の輝度分布を求める。次いで、求めた輝度分布の輝度範囲を設定することで、結晶粒子と結晶粒子以外の部分を判別する二値化ができる。
(Cross-section observation of conductive layer and image processing)
The cross section of the conductive layer obtained by the above method is observed with a scanning electron microscope (SEM) (product name: JSM-F100, manufactured by JEOL Ltd.) to obtain a cross section image (SEM image). The observation conditions are a backscattered electron image mode at 20,000 magnification, and the backscattered electron image acquisition conditions are an acceleration voltage of 3.0 kV and a working distance of 3 mm.
Fig. 1 shows an example of an SEM image of a cross section of a fixing
The SEM image obtained above is subjected to binarization processing so that crystal grains are displayed in white and non-crystal grains are displayed in black. As a binarization method, for example, Otsu's method can be used.
Specifically, first, a backscattered electron image was read using image analysis software (ImageProPlus, manufactured by MediaCybernetics), and a 0.5 μm×0.5 mm pixel size was obtained at any point.
The image is cut out in the range of μm, and the brightness distribution of this image is obtained. Next, by setting the brightness range of the obtained brightness distribution, binarization can be performed to distinguish between crystal grains and other parts.
(空孔率の算出)
上記手順で取得した二値化画像において、金属結晶の各粒子は白い領域として表される。これらの各結晶粒子の画像内で占める面積を算出することで、空孔率を算出する。
具体的には、上記二値化画像において、結晶粒子により構成される画素数を算出し、画素数の総和を計算する。この画素数の総和に1画素の面積(0.15×0.15=0.0225μm2)を乗ずることで、結晶粒子の占める面積が算出できる。
空孔率は、導電層中の結晶粒子で占められていない空間の割合を示すので、上記で求めた結晶粒子の占める面積を用いて、以下のように求める。
空孔率={二値化画像の面積(0.5×0.5(μm2))-結晶粒子の占める面積(μm2)}÷二値化画像の面積(0.5×0.5(μm2))×100
上記の空孔率を、導電層の断面の二値化画像の任意の20箇所に対して行い、平均して得られた平均空孔率を、導電層の空孔率とする。
(Calculation of porosity)
In the binarized image obtained by the above procedure, each metal crystal particle is represented as a white area. The porosity is calculated by calculating the area that each crystal particle occupies in the image.
Specifically, the number of pixels that are composed of crystal particles in the binarized image is calculated, and the total number of pixels is calculated. The total number of pixels is multiplied by the area of one pixel (0.15×0.15=0.0225 μm 2 ) to calculate the area occupied by the crystal particles.
The porosity indicates the proportion of space in the conductive layer that is not occupied by crystal grains, and is calculated as follows using the area occupied by the crystal grains calculated above.
Porosity={area of binarized image (0.5×0.5 (μm 2 ))−area occupied by crystal grains (μm 2 )}÷area of binarized image (0.5×0.5 (μm 2 ))×100
The above porosity is measured at any 20 points on the binarized image of the cross section of the conductive layer, and the average porosity obtained by averaging is regarded as the porosity of the conductive layer.
導電層の空孔率は、15%以上が好ましく、20%以上がより好ましく、25%以上がさらに好ましい。上記範囲とすることで、導電層に求められる導電性を維持しながら圧縮弾性率を低くすることができる。
導電率の空孔率の上限は、導電性や耐久性の観点から、50%以下が好ましく、48%以下がより好ましく、45%以下がさらに好ましい。上記範囲とすることで、導電性と耐久性を両立することができる。例えば、好ましくは、15~50%、20~48%、25~45%の範囲が挙げられる。
The porosity of the conductive layer is preferably 15% or more, more preferably 20% or more, and even more preferably 25% or more. By setting the porosity within the above range, it is possible to reduce the compressive elastic modulus while maintaining the conductivity required for the conductive layer.
From the viewpoint of electrical conductivity and durability, the upper limit of the porosity of electrical conductivity is preferably 50% or less, more preferably 48% or less, and even more preferably 45% or less. By setting it in the above range, electrical conductivity and durability can be compatible. For example, preferred ranges include 15 to 50%, 20 to 48%, and 25 to 45%.
上記の方法により、銀ナノ粒子材料を利用して空孔を形成する場合、空孔率は、導電層を形成する際の焼成温度によって制御することができる。具体的には、焼成温度が高いほど銀ナノ粒子同士の融着が促進されるため、空孔率が大きくなる。
導電層の焼成温度は、100℃以上が好ましく、150℃以上がさらに好ましい。上記範囲とすることで、耐久性向上に十分な程度の空孔を設けることができる。
また、導電層の焼成温度は、400℃以下が好ましく、350℃以下が好ましい。上記範囲とすることで、空孔率が高くなりすぎず、導電層の導電性と耐久性を維持することができる。例えば、好ましくは、100~400℃、150~350℃の範囲が挙げられる。
導電層の焼成時間は、特に限定されるものではないが、例えば、10~120分の範囲が挙げられる。
When the pores are formed by using a silver nanoparticle material by the above method, the porosity can be controlled by the firing temperature when forming the conductive layer. Specifically, the higher the firing temperature, the greater the porosity because the fusion of silver nanoparticles is promoted.
The baking temperature of the conductive layer is preferably 100° C. or higher, and more preferably 150° C. or higher. By setting the baking temperature within the above range, it is possible to provide pores to a degree sufficient for improving durability.
The firing temperature of the conductive layer is preferably 400° C. or less, more preferably 350° C. or less. By setting the firing temperature within the above range, the porosity does not become too high, and the conductivity and durability of the conductive layer can be maintained. For example, the firing temperature is preferably in the range of 100 to 400° C. or 150 to 350° C.
The baking time for the conductive layer is not particularly limited, but may be, for example, in the range of 10 to 120 minutes.
(4)樹脂層
定着用回転体は、導電層の該基材側に対向する側とは反対側の面上の樹脂層20eを有する。樹脂層20eは導電層20bを保護するものであり、導電層20bの酸化防止や、絶縁確保、強度向上の機能を有する。
樹脂層20eを構成する樹脂は特に制限されない。樹脂層20eに用いる樹脂は基材20aの樹脂と同様に、導電層20bが発熱した状態で物性の変化が少なく、高強度を維持できる樹脂が好ましい。このため、樹脂層20eは主成分として耐熱性樹脂を含むことが好ましく、耐熱性樹脂から構成されることが好ましい。耐熱性樹脂は、例えば200℃未満(好ましくは250℃未満)の温度で融解又は分解しない樹脂である。
(4) Resin Layer The fixing rotor has a
The resin constituting the
樹脂層20eを構成する樹脂としては、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、変性ポリイミド及び変性ポリアミドイミドからなる群から選択される少なくとも一を含むことが好ましい。より好ましくは、ポリイミド及びポリアミドイミドからなる群から選択される少なくとも一である。変性に関しては、基材20aで説明したものと同様で
ある。基材20aや樹脂層20eの形成方法は特に制限されない。例えば、イミド系材料をワニスという液状で、公知の方法を用いて、塗工し、焼成することで膜化できる。
樹脂層の材質は、上述の基材の材質についての分析と同じ方法で分析することができる。
The resin constituting the
The material of the resin layer can be analyzed in the same manner as the analysis of the material of the substrate described above.
樹脂層20eは、伝熱性の観点から熱伝導性フィラーを含有してもよい。伝熱性を向上させることで、導電層20bで発生した熱を定着用回転体の外表面に効率よく伝達することができる。
樹脂層20eの厚みは10~100μmが好ましく、20~60μmがより好ましい。導電層20bの耐屈曲性の観点から、樹脂層20eの厚みは基材20aの厚みと同じとすることが好ましい。例えば、基材と樹脂層の厚みの差の基材の厚みに対する割合が、好ましくは20%以下、10%以下、5%以下である。厚みの差を小さくすることで、ニップ部で繰り返し屈曲を受けた場合、導電層20bにかかる応力に偏りがない状態とすることで、導電層20bのクラック発生を抑制することができるためである。
The
The thickness of the
(5)弾性層
定着用回転体は、必要に応じて樹脂層20eの外表面に弾性層を有していてもよい。弾性層20cは、定着装置において定着ニップを確保するために定着用回転体に柔軟性を付与するための層である。なお、定着用回転体を、紙上のトナーと接する加熱部材として用いる場合には、弾性層20cは、加熱部材の表面に対し紙の凹凸に追従し得るような柔軟性を付与するための層としても機能する。
弾性層20cは、例えば、マトリックスとしてのゴムと、該ゴム中に分散された粒子とを含む。より具体的には、弾性層20cは、ゴムと、熱伝導性フィラーとを含むことが好ましく、ゴムの原料(ベースポリマー、架橋剤など)と、熱伝導性フィラーとを少なくとも含む組成物を硬化させた硬化物から構成されることが好ましい。
(5) Elastic Layer The fixing rotor may have an elastic layer on the outer surface of the
The
上述した弾性層20cの機能を発現させる観点から、弾性層20cは、熱伝導性粒子を含むシリコーンゴム硬化物から構成されることが好ましく、付加硬化型のシリコーンゴム組成物の硬化物から構成されることがより好ましい。
シリコーンゴム組成物は、例えば、熱伝導性粒子、ベースポリマー、架橋剤及び触媒、並びに、必要に応じて、添加剤を含むことができる。シリコーンゴム組成物は液状のものが多いため、熱伝導性フィラーが分散しやすく、熱伝導性フィラーの種類や添加量に応じて、その架橋度を調整することで、作製する弾性層20cの弾性を調整しやすい。
From the viewpoint of realizing the functions of the
The silicone rubber composition may contain, for example, thermally conductive particles, a base polymer, a crosslinking agent, a catalyst, and, if necessary, additives. Since the silicone rubber composition is often liquid, the thermally conductive filler is easily dispersed therein, and the elasticity of the
マトリックスは、弾性層20cにおいて弾性を発現する機能を担う。マトリックスは、上記した弾性層20cの機能を発現させる観点から、シリコーンゴムを含むことが好ましい。
シリコーンゴムは、非通紙部領域で240℃程度の高温になる環境においても柔軟性を保持できる高い耐熱性を有しており、好ましい。シリコーンゴムとしては、例えば、後述する付加硬化型の液状シリコーンゴム組成物の硬化物を用いることができる。弾性層20cは液状シリコーンゴム組成物を公知の方法で塗布・加熱することにより、形成しうる。
The matrix has a function of imparting elasticity to the
Silicone rubber is preferable because it has high heat resistance that allows it to maintain flexibility even in an environment where the temperature in the non-paper passing area reaches a high temperature of about 240° C. As the silicone rubber, for example, a cured product of an addition curing type liquid silicone rubber composition described later can be used. The
液状シリコーンゴム組成物は、通常、下記成分(a)~(d)を含む。
成分(a):不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン;
成分(b):ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサン;
成分(c):触媒;
成分(d):熱伝導性フィラー
以下、各成分について説明する。
The liquid silicone rubber composition generally contains the following components (a) to (d):
Component (a): an organopolysiloxane having an unsaturated aliphatic group;
Component (b): an organopolysiloxane having silicon-bonded active hydrogen;
Component (c): catalyst;
Component (d): Thermally Conductive Filler Each component will now be described.
成分(a)
不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンは、ビニル基などの不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンが挙げられる。例えば、下記式(1)及び式(2)に示すものが挙げられる。
The organopolysiloxane having an unsaturated aliphatic group may be an organopolysiloxane having an unsaturated aliphatic group such as a vinyl group, for example, those represented by the following formulas (1) and (2).
式(1)中、m1は0以上の整数を示し、n1は3以上の整数を示す。R1は、各々独立して、不飽和脂肪族基を含まない1価の非置換又は置換炭化水素基を表し、R1のうちの少なくとも1つはメチル基を表す。R2は、各々独立して、不飽和脂肪族基を表す。
式(2)中、n2は正の整数を示す。R3は、各々独立して、不飽和脂肪族基を含まない1価の非置換又は置換炭化水素基を表し、R3のうちの少なくとも1つはメチル基を表す。R4は、各々独立して、不飽和脂肪族基を表す。 In formula (2), n2 represents a positive integer. Each R3 independently represents a monovalent unsubstituted or substituted hydrocarbon group that does not contain an unsaturated aliphatic group, and at least one of R3 represents a methyl group. Each R4 independently represents an unsaturated aliphatic group.
式(1)及び式(2)において、R1及びR3が表すことのできる、不飽和脂肪族基を含まない1価の非置換又は置換炭化水素基としては、例えば、以下の基を挙げることができる。
・非置換炭化水素基アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基)。アリール基(例えば、フェニル基)。
・置換炭化水素基置換アルキル基(例えば、クロロメチル基、3-クロロプロピル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基、3-シアノプロピル基、3-メトキシプロピル基)。
In formula (1) and formula (2), examples of the monovalent unsubstituted or substituted hydrocarbon group not containing an unsaturated aliphatic group which can be represented by R 1 and R 3 include the following groups.
Unsubstituted hydrocarbon groups: alkyl groups (e.g., methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl), aryl groups (e.g., phenyl).
Substituted hydrocarbon groups and substituted alkyl groups (for example, chloromethyl, 3-chloropropyl, 3,3,3-trifluoropropyl, 3-cyanopropyl, and 3-methoxypropyl groups).
式(1)及び式(2)で示されるオルガノポリシロキサンは、鎖構造を形成するケイ素原子に直接結合したメチル基を少なくとも1つ有する。しかしながら、合成や取扱いが容易であることから、R1及びR3それぞれの50%以上がメチル基であることが好ましく、すべてのR1及びR3がメチル基であることがより好ましい。 The organopolysiloxanes represented by formula (1) and formula (2) each have at least one methyl group bonded directly to a silicon atom forming a chain structure. However, for ease of synthesis and handling, it is preferred that at least 50% of R1 and R3 are methyl groups, and it is even more preferred that all R1 and R3 are methyl groups.
また、式(1)及び式(2)中の、R2及びR4が表すことのできる不飽和脂肪族基としては、例えば、ビニル基、アリル基、3-ブテニル基、4-ペンテニル基、5-ヘキセニル基などを挙げることができる。これらの基の中でも、合成や取扱いが容易かつ安価で、架橋反応も容易に行われることから、R2及びR4はいずれもビニル基であることが好ましい。 In addition, examples of unsaturated aliphatic groups that can be represented by R 2 and R 4 in formula (1) and formula (2) include a vinyl group, an allyl group, a 3-butenyl group, a 4-pentenyl group, a 5-hexenyl group, etc. Among these groups, it is preferable that both R 2 and R 4 are vinyl groups, since they are easy to synthesize and handle at low cost and the crosslinking reaction is easily carried out.
成形性の観点から、成分(a)の粘度は、1000~50000mm2/sであることが好ましい。粘度(動粘度)が1000mm2/sより低いと弾性層20cに必要な硬度に調整するのが難しくなり、50000mm2/sより高いと組成物の粘度が高くなりすぎて塗工が難しくなる。粘度(動粘度)は、JIS Z 8803:2011に基づき、毛管粘度計や回転粘度計などを用いて測定することができる。
From the viewpoint of moldability, the viscosity of component (a) is preferably 1000 to 50000 mm 2 /s. If the viscosity (kinetic viscosity) is lower than 1000 mm 2 /s, it becomes difficult to adjust the hardness required for the
成分(a)の配合量は、弾性層20cの形成に用いる液状シリコーンゴム組成物を基準として、耐久性の観点から55体積%以上、伝熱性の観点から65体積%以下とすることが好ましい。
The amount of component (a) is preferably 55% by volume or more from the viewpoint of durability and 65% by volume or less from the viewpoint of heat transfer, based on the liquid silicone rubber composition used to form the
成分(b)
ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサンは、触媒の作用により、成分(a)の不飽和脂肪族基と反応し、硬化シリコーンゴムを形成する架橋剤として機能する。
成分(b)としては、Si-H結合を有するオルガノポリシロキサンであれば、いずれのものも用いることができる。特に、成分(a)の不飽和脂肪族基との反応性の観点から、1分子中における、ケイ素原子に結合した水素原子の数が平均3個以上のものが好適に用いられる。
Component (b)
The organopolysiloxane having active silicon-bonded hydrogens functions as a crosslinker which reacts with the unsaturated aliphatic groups of component (a) in the presence of a catalyst to form a cured silicone rubber.
Any organopolysiloxane having a Si-H bond can be used as component (b), and from the viewpoint of reactivity with the unsaturated aliphatic group of component (a), it is particularly preferred to use one having an average of 3 or more hydrogen atoms bonded to silicon atoms per molecule.
成分(b)の具体例としては、例えば、下記式(3)に示す直鎖状のオルガノポリシロキサン及び下記式(4)に示す環状オルガノポリシロキサンを挙げることができる。
式(3)中、m2は0以上の整数を示し、n3は3以上の整数を示す。R5は、各々独立して、不飽和脂肪族基を含まない1価の非置換又は置換炭化水素基を表す。
式(4)中、m3は0以上の整数を示し、n4は3以上の整数を示す。R6は、各々独立して、不飽和脂肪族基を含まない1価の非置換又は置換炭化水素基を表す。 In formula (4), m3 represents an integer of 0 or more, and n4 represents an integer of 3 or more. Each R6 independently represents a monovalent unsubstituted or substituted hydrocarbon group not containing an unsaturated aliphatic group.
式(3)及び式(4)中のR5及びR6が表すことのできる、不飽和脂肪族基を含まない1価の非置換又は置換炭化水素基としては、例えば、上述した式(1)中のR1と同様の基を挙げることができる。これらの中でも、合成や取扱いが容易で、優れた耐熱性が容易に得られることから、R5及びR6それぞれの50%以上がメチル基であることが好ましく、すべてのR5及びR6がメチル基であることがより好ましい。 Examples of monovalent unsubstituted or substituted hydrocarbon groups not containing unsaturated aliphatic groups that can be represented by R5 and R6 in formula (3) and formula (4) include groups similar to R1 in formula (1) above. Among these, it is preferable that 50% or more of R5 and R6 are methyl groups, and it is more preferable that all of R5 and R6 are methyl groups, because synthesis and handling are easy and excellent heat resistance can be easily obtained.
成分(c)
シリコーンゴムの形成に用いる触媒としては、例えば、硬化反応を促進するためのヒドロシリル化触媒を挙げることができる。ヒドロシリル化触媒としては、例えば、白金化合物やロジウム化合物などの公知の物質を用いることができる。触媒の配合量は適宜設定することができ、特に限定されない。
Component (c)
The catalyst used in forming the silicone rubber may be, for example, a hydrosilylation catalyst for promoting the curing reaction. As the hydrosilylation catalyst, for example, a known substance such as a platinum compound or a rhodium compound may be used. The amount of the catalyst to be added may be appropriately set and is not particularly limited.
成分(d)
熱伝導性フィラーとしては、金属、金属化合物、炭素繊維を挙げることができる。高熱伝導性フィラーがさらに好ましく、その具体例としては、以下の材料が挙げられる。
Component (d)
Examples of the thermally conductive filler include metals, metal compounds, and carbon fibers. Highly thermally conductive fillers are more preferred, and specific examples thereof include the following materials:
金属ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、シリカ(SiO2)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、気相成長法炭素繊維、PAN系(ポリアクリロニトリル)炭素繊維、ピッチ系炭素繊維。
これらのフィラーは、単独であるいは2種類以上を混合して用いることができる。
Silicon metal (Si), silicon carbide ( SiC ), silicon nitride ( Si3N4 ), boron nitride (BN), aluminum nitride ( AlN ), alumina ( Al2O3 ), zinc oxide (ZnO), magnesium oxide (MgO), silica ( SiO2 ), copper (Cu), aluminum (Al), silver (Ag), iron (Fe), nickel (Ni), vapor grown carbon fiber, PAN (polyacrylonitrile) carbon fiber, pitch based carbon fiber.
These fillers can be used alone or in combination of two or more kinds.
フィラーの平均粒径は、取扱い上及び分散性の観点から1~50μmが好ましい。また、フィラーの形状としては、球状、粉砕状、針状、板状、ウィスカ状などが用いられる。特に、分散性の観点から、フィラーは、球状のものが好ましい。さらに、補強性フィラー、耐熱性フィラー及び着色フィラーの少なくとも1種を添加してもよい。 The average particle size of the filler is preferably 1 to 50 μm from the viewpoints of handling and dispersibility. The shape of the filler may be spherical, pulverized, needle-like, plate-like, whisker-like, etc. From the viewpoint of dispersibility, the filler is preferably spherical. Furthermore, at least one of a reinforcing filler, a heat-resistant filler, and a coloring filler may be added.
(6)接着層
定着用回転体は、弾性層20cの外表面に、後述する表層20dを接着するための接着層20fを有してもよい。
接着層20fは、弾性層20cと、表層20dとを接着させるための層である。接着層20fに用いる接着剤は、既知のものから適宜選択して使用することができ、特に限定されない。しかしながら、扱いやすさの観点から、自己接着成分が配合された付加硬化型シリコーンゴムを用いることが好ましい。
(6) Adhesive Layer The fixing rotating body may have an
The
接着層fに用いる接着剤は、例えば、自己接着成分と、ビニル基に代表される不飽和脂肪族基を分子鎖中に複数有するオルガノポリシロキサンと、ハイドロジェンオルガノポリシロキサンと、架橋触媒としての白金化合物とを含有することができる。弾性層20cの表面に付与された接着剤を付加反応により硬化することによって、表層20dを弾性層20cに接着させる接着層20fを形成することができる。
The adhesive used in the adhesive layer f can contain, for example, a self-adhesive component, an organopolysiloxane having multiple unsaturated aliphatic groups, such as vinyl groups, in the molecular chain, a hydrogen organopolysiloxane, and a platinum compound as a cross-linking catalyst. The adhesive applied to the surface of the
上記自己接着成分としては、例えば、以下のものを挙げることができる。
・ビニル基等のアルケニル基、(メタ)アクリロキシ基、ヒドロシリル基(SiH基)、エポキシ基、アルコキシシリル基、カルボニル基、及びフェニル基からなる群より選択される少なくとも1種、好ましくは2種以上の官能基を有するシラン。
・ケイ素原子数が2個以上30個以下、好ましくは4個以上20個以下の、環状又は直鎖状のシロキサン等の有機ケイ素化合物。
・分子中に酸素原子を含んでもよい、非ケイ素系(すなわち、分子中にケイ素原子を含有しない)有機化合物。ただし、1価以上4価以下、好ましくは2価以上4価以下のフェニレン構造等の芳香環を1分子中に1個以上4個以下、好ましくは1個以上2個以下含有する。かつ、ヒドロシリル化付加反応に寄与し得る官能基(例えば、アルケニル基、(メタ)アクリロキシ基)を1分子中に少なくとも1個、好ましくは2個以上4個以下含有する。
Examples of the self-adhesive component include the following:
Silanes having at least one functional group, preferably two or more functional groups, selected from the group consisting of an alkenyl group such as a vinyl group, a (meth)acryloxy group, a hydrosilyl group (SiH group), an epoxy group, an alkoxysilyl group, a carbonyl group, and a phenyl group.
Organosilicon compounds, such as cyclic or linear siloxanes, having 2 to 30 silicon atoms, and preferably 4 to 20 silicon atoms.
- A non-silicon-based (i.e., silicon-free) organic compound that may contain oxygen atoms in the molecule, provided that it contains 1 to 4, preferably 1 to 2, aromatic rings such as phenylene structures having a valence of 1 to 4, preferably 2 to 4, in one molecule, and at least 1, preferably 2 to 4, functional groups capable of contributing to a hydrosilylation addition reaction (e.g., alkenyl groups, (meth)acryloxy groups).
上記の自己接着成分は1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、接着剤中には、粘度調整や耐熱性確保の観点から、本開示の趣旨に沿う範囲内においてフィラー成分を添加することができる。当該フィラー成分としては、例えば、以下のものを挙げることができる。
・シリカ、アルミナ、酸化鉄、酸化セリウム、水酸化セリウム、カーボンブラック等。
The above-mentioned self-adhesive components may be used alone or in combination of two or more. In addition, from the viewpoint of adjusting viscosity and ensuring heat resistance, a filler component may be added to the adhesive within the scope of the present disclosure. Examples of the filler component include the following.
-Silica, alumina, iron oxide, cerium oxide, cerium hydroxide, carbon black, etc.
接着剤に含有される各成分の配合量は特に限定されず、適宜、設定することができる。このような付加硬化型シリコーンゴム接着剤は市販もされており、容易に入手することができる。接着層の厚みは、20μm以下であることが好ましい。接着層20fの厚みを20μm以下とすることで、本態様に係る定着ベルトを加熱ベルトとして熱定着装置に用いた際に、熱抵抗を容易に小さく設定でき、内面側からの熱を効率的に記録媒体に伝えやす
い。
The amount of each component contained in the adhesive is not particularly limited and can be set appropriately. Such addition curing type silicone rubber adhesives are commercially available and can be easily obtained. The thickness of the adhesive layer is preferably 20 μm or less. By setting the thickness of the
(7)表層
定着用回転体は、必要に応じて表層20dを有することもできる。
表層は、定着用回転体の外表面へのトナーの付着を防止する離型層としての機能を発現させるうえで、フッ素樹脂を含有させることが好ましい。表層の形成には、例えば、以下に例示する樹脂をチューブ状に成形したものを用いてもよいし、樹脂分散液をコーティングして成形してもよい。
・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)など。
上記例示した樹脂材料中、成形性やトナー離型性の観点から、PFAが特に好適に用いられる。
(7) Surface Layer The fixing rotor may have a
The surface layer preferably contains a fluororesin in order to function as a release layer that prevents toner from adhering to the outer surface of the fixing rotor. For the formation of the surface layer, for example, a resin exemplified below may be molded into a tube shape, or a resin dispersion may be coated and molded.
Tetrafluoroethylene-perfluoro(alkyl vinyl ether) copolymer (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), etc.
Among the resin materials exemplified above, PFA is particularly preferably used from the viewpoints of moldability and toner releasability.
表層20dの厚みは、10~50μmとすることが好ましい。表層20dの厚みを上記範囲内とすることで、定着用回転体の適度な表面硬度を維持しやすい。
The thickness of the
本開示の一態様によれば、上記の定着用回転体が配置された定着装置が提供される。したがって、高導電で耐久性に優れた定着用回転体を配置した定着装置を提供することができる。また、上記定着装置を用いた画像形成装置を提供することができる。 According to one aspect of the present disclosure, a fixing device is provided in which the above-described fixing rotor is disposed. Therefore, it is possible to provide a fixing device in which a fixing rotor that is highly conductive and has excellent durability is disposed. It is also possible to provide an image forming device that uses the above-described fixing device.
(8)定着用回転体の製造方法
本開示の一態様に係る、基材、該基材上の導電層、及び該導電層の該基材側に対向する側とは反対側の面上の樹脂層とを備え、該導電層が銀を含む定着用回転体(加圧ベルト又は加圧ローラ)の非限定的な製造方法を例示する。銀ナノ粒子材料を利用した製造方法として、例えば、下記工程(i)~(iii)を含む方法が挙げられる。
(i)前記基材を得る工程、
(ii)該工程(i)で得られた基材の外周面に銀ナノ粒子インクを塗布し、焼成することで導電層を得る工程、
(iii)該工程(ii)で得られた導電層上に樹脂材料を塗布し、焼成することで樹脂層を得る工程。
(8) Manufacturing Method of Rotating Body for Fixing The following is a non-limiting example of a manufacturing method of a rotating body for fixing (pressure belt or pressure roller) according to one embodiment of the present disclosure, which comprises a substrate, a conductive layer on the substrate, and a resin layer on the surface of the conductive layer opposite to the side facing the substrate, and the conductive layer contains silver. As a manufacturing method using a silver nanoparticle material, for example, a method including the following steps (i) to (iii) is mentioned.
(i) obtaining the substrate;
(ii) applying a silver nanoparticle ink to the outer peripheral surface of the substrate obtained in step (i) and baking the ink to obtain a conductive layer;
(iii) A step of applying a resin material onto the conductive layer obtained in the step (ii), followed by baking to obtain a resin layer.
以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
外径30mm、周方向に直交する長手方向の長さが460mmの円筒形状のステンレス型を用意した。このステンレス型の外周面に離型処理を施した。
次いで、ポリイミド前駆体溶液(商品名:UワニスS、宇部興産社製)中に、上記のステンレス型を完全に浸漬し、外周面にポリイミド前駆体溶液の塗膜を形成した。当該塗膜を、温度140℃で30分加熱して当該塗膜中の溶媒を揮発させ、次いで、当該塗膜を温度200℃で30分、引き続いて温度400℃で30分加熱した。こうして、円筒形状のステンレス型の外表面に厚さが40μmのポリイミド膜を形成した。
次いで、ポリイミド膜を当該ステンレス型から脱型して、ポリイミドチューブを得た。得られたポリイミドチューブの周方向に直交する長手方向の両端を切断して、長さ300mmのポリイミドチューブとした。
The present invention will be described in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples.
[Example 1]
A cylindrical stainless steel mold having an outer diameter of 30 mm and a length of 460 mm in a longitudinal direction perpendicular to the circumferential direction was prepared. A release treatment was applied to the outer peripheral surface of this stainless steel mold.
Next, the stainless steel mold was completely immersed in a polyimide precursor solution (product name: U Varnish S, manufactured by Ube Industries, Ltd.) to form a coating of the polyimide precursor solution on the outer circumferential surface. The coating was heated at a temperature of 140° C. for 30 minutes to volatilize the solvent in the coating, and then the coating was heated at a temperature of 200° C. for 30 minutes and subsequently at a temperature of 400° C. for 30 minutes. In this way, a polyimide film having a thickness of 40 μm was formed on the outer surface of the cylindrical stainless steel mold.
The polyimide film was then removed from the stainless steel mold to obtain a polyimide tube, which was then cut at both longitudinal ends perpendicular to the circumferential direction to obtain a polyimide tube with a length of 300 mm.
上記で得られたポリイミドチューブを、外径が30mm、長手方向の長さが300mmの中子の外周面上に被せた。次いで、当該ポリイミドチューブの外表面の長手方向の中央から両端に向かって110mmの領域(以降、「中央領域」ともいう、中央領域の長手方
向の長さ=220mm)に、銀ナノ粒子を配合したインク(商品名:DNS163、ダイセル社製)を、インクジェット法を用いて、全周方向に塗布して、リング形状の導電アリアを形成した。塗布後、温度300℃、30分で焼成して複数本のリング形状の導電エリアからなる導電層を形成した。得られた導電エリアの各々は、長手方向の長さが300μm、間隔が200μm、最大厚さが2μmであった。
The polyimide tube obtained above was placed on the outer peripheral surface of a core having an outer diameter of 30 mm and a longitudinal length of 300 mm. Next, an ink containing silver nanoparticles (trade name: DNS163, manufactured by Daicel Corporation) was applied in the entire circumferential direction to a region of 110 mm from the center of the longitudinal direction of the outer surface of the polyimide tube toward both ends (hereinafter also referred to as the "central region", the longitudinal length of the central region = 220 mm) using an inkjet method to form a ring-shaped conductive area. After application, the ink was baked at a temperature of 300 ° C. for 30 minutes to form a conductive layer consisting of multiple ring-shaped conductive areas. Each of the obtained conductive areas had a longitudinal length of 300 μm, an interval of 200 μm, and a maximum thickness of 2 μm.
次いで、ポリイミドチューブの外表面上に、ポリイミド前駆体溶液(商品名:UワニスS、宇部興産社製)をリングコート法によって、ポリイミドチューブの導電層で被覆されていない外表面及び導電層の表面を被覆してなる塗膜を形成した。次いで、該塗膜を、温度200℃で30分焼成し、さらに温度400℃で30分加熱して、膜厚40μmのポリイミド膜(樹脂層20e)を形成した。
次いで、ポリイミド膜の外周面にプライマー(商品名:DY39-051A/B、ダウ・東レ社製)を乾燥重量が20mgとなるように略均一に塗布し、溶媒を乾燥させた後、160℃に設定した電気炉で30分間の焼付け処理を行った。
このプライマー上に、リングコート法で、厚さ250μmのシリコーンゴム組成物層を形成し、160℃1分で一次架橋した後、200℃30分で二次架橋して、弾性層を形成した。
Next, a polyimide precursor solution (product name: U Varnish S, manufactured by Ube Industries, Ltd.) was applied by ring coating on the outer surface of the polyimide tube to form a coating film that covered the outer surface of the polyimide tube that was not covered with the conductive layer and the surface of the conductive layer. The coating film was then baked at a temperature of 200° C. for 30 minutes and further heated at a temperature of 400° C. for 30 minutes to form a polyimide film (
Next, a primer (product name: DY39-051A/B, manufactured by Dow Toray Industries, Inc.) was applied approximately uniformly to the outer peripheral surface of the polyimide film so that the dry weight was 20 mg, and after the solvent was dried, a baking treatment was performed for 30 minutes in an electric furnace set at 160°C.
A silicone rubber composition layer having a thickness of 250 μm was formed on this primer by ring coating, and primary crosslinking was carried out at 160° C. for 1 minute, followed by secondary crosslinking at 200° C. for 30 minutes to form an elastic layer.
なお、シリコーンゴム組成物は以下のものを使用した。
成分(a)としてのアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンとして、1分子中にビニル基を少なくとも2個以上有する、ビニル化ポリジメチルシロキサン(商品名:DMS-V41、Gelest社製、数平均分子量68000(ポリスチレン換算)、ビニル基のモル当量0.04ミリモル/g)を準備した。
また、成分(b)としてのSi-H基を有するオルガノポリシロキサンとして、1分子中にSi-H基を少なくとも2個以上有する、メチルハイドロジェンポリシロキサン(商品名:HMS-301、Gelest社製、数平均分子量1300(ポリスチレン換算)、Si-H基のモル当量3.60ミリモル/g)を準備した。成分(a)100質量部に対して、成分(b)を0.5質量部添加し、十分に混合し、付加硬化型シリコーンゴム原液を得た。
さらに、成分(c)触媒量の微量の付加硬化反応用触媒(白金触媒:白金カルボニルシクロビニルメチルシロキサン錯体)とインヒビターとを添加し、十分に混合した。
この付加硬化型シリコーンゴム原液に対し、成分(d)熱伝導性フィラーとして、高純度真球状アルミナ(商品名:アルナビーズCB-A10S;昭和タイタニウム(株)製)を、弾性層を基準として体積比率で45%となるように配合、混練した。そして、硬化後の日本産業規格(JIS)K6253-3:2023(タイプAデュロメータ硬度)が10°の付加硬化型のシリコーンゴム組成物を得た。
The silicone rubber composition used was as follows:
As component (a), an organopolysiloxane having an alkenyl group was prepared. The component (a) was a vinylated polydimethylsiloxane having at least two vinyl groups per molecule (product name: DMS-V41, manufactured by Gelest Corporation, number average molecular weight: 68,000 (polystyrene equivalent), molar equivalent of vinyl group: 0.04 mmol/g).
Furthermore, as the organopolysiloxane having Si-H groups as component (b), a methylhydrogenpolysiloxane having at least two Si-H groups per molecule (product name: HMS-301, manufactured by Gelest, number average molecular weight 1300 (polystyrene equivalent), molar equivalent of Si-H groups 3.60 mmol/g) was prepared. 0.5 parts by mass of component (b) was added to 100 parts by mass of component (a) and thoroughly mixed to obtain an addition-curing silicone rubber stock solution.
Further, a trace amount of a catalyst for addition curing reaction (platinum catalyst: platinum carbonylcyclovinylmethylsiloxane complex) and an inhibitor (component (c)) were added and thoroughly mixed.
High purity spherical alumina (product name: Alnabeads CB-A10S; manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.) was mixed and kneaded as component (d) thermally conductive filler into this addition-curing silicone rubber stock solution at a volume ratio of 45% based on the elastic layer, and an addition-curing silicone rubber composition having a Japan Industrial Standards (JIS) K6253-3:2023 (Type A durometer hardness) of 10° after curing was obtained.
次いで、得られた弾性層上に、接着層を形成するための付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV A/B、ダウ・東レ社製)を、厚みがおよそ20μm程度になるように略均一に塗布した。これに、表層を形成するための内径29mm、厚み50μmのフッ素樹脂チューブ(商品名:NSE、グンゼ社製)を拡径しつつ被覆した。
その後、フッ素樹脂チューブの上からベルト表面を均一に扱くことにより、過剰の接着剤を弾性層とフッ素樹脂チューブの間から、5μm程度まで薄くなるように扱き出した。次いで、温度200℃で30分加熱して接着剤を硬化させて、当該フッ素樹脂チューブを弾性層上に固定して、最後に長さが240mmとなるように両端部を切断し、エンドレス形状を有する定着ベルトを得た。
Next, an addition-curing silicone rubber adhesive (product name: SE1819CV A/B, manufactured by Dow Toray Industries, Inc.) for forming an adhesive layer was applied uniformly to a thickness of about 20 μm onto the obtained elastic layer, and then covered with a fluororesin tube (product name: NSE, manufactured by Gunze Co., Ltd.) with an inner diameter of 29 mm and a thickness of 50 μm for forming a surface layer while expanding the diameter.
Then, the belt surface was uniformly rubbed from above the fluororesin tube to rub out excess adhesive between the elastic layer and the fluororesin tube to a thickness of about 5 μm. Next, the adhesive was cured by heating at a temperature of 200° C. for 30 minutes to fix the fluororesin tube on the elastic layer, and finally both ends were cut to a length of 240 mm to obtain a fixing belt having an endless shape.
[実施例2]
導電層の厚さを3μmとした以外は実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
[実施例3~4]
導電層形成のための焼成温度を表1に記載した温度に変更した以外は実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
[Example 2]
A fixing belt was produced in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the conductive layer was 3 μm.
[Examples 3 to 4]
A fixing belt was produced in the same manner as in Example 1, except that the baking temperature for forming the conductive layer was changed to the temperature shown in Table 1.
[実施例5]
樹脂層の材料をポリアミドイミド溶液(バイロマックスHR-16NN、東洋紡社製)とし、リングコートで全面塗布した後、200℃で30分焼成し、膜厚40μmの樹脂層を形成した。それ以外は実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
[Example 5]
The resin layer was made of a polyamideimide solution (Viromax HR-16NN, manufactured by Toyobo Co., Ltd.), which was applied to the entire surface by ring coating and then baked at 200° C. for 30 minutes to form a resin layer with a thickness of 40 μm. Except for this, the fixing belt was manufactured in the same manner as in Example 1.
[実施例6~7]
導電層を形成するための焼成温度を表1に記載したように変更した以外は実施例5と同様にして定着用回転体を作製した。
[Examples 6 to 7]
A fixing rotor was produced in the same manner as in Example 5, except that the baking temperature for forming the conductive layer was changed as shown in Table 1.
[比較例1]
導電層20bを銀メッキ法で形成した以外は実施例1と同様にして定着用回転体を作製した。
銀メッキ法による導電層20bの形成は、以下の方法で行った。
円筒状のポリイミドフィルムを用意し、その表面にリング状のマスキング材を配置した。続いて銀メッキ浴としてシアン化銀カリウム浴を用い、メッキ処理を行った。メッキ浴のpHは8~9、メッキ浴の温度は50℃~70℃に維持した。メッキ浴から取り出したのち、洗浄工程を経て、マスキング材を除去して厚み2.0μmの導電層が形成された基層を得た。
[Comparative Example 1]
A fixing rotor was produced in the same manner as in Example 1, except that the
The
A cylindrical polyimide film was prepared, and a ring-shaped masking material was placed on the surface of the film. Then, a silver potassium cyanide bath was used as the silver plating bath, and plating was performed. The pH of the plating bath was kept at 8 to 9, and the temperature of the plating bath was kept at 50°C to 70°C. After being removed from the plating bath, the masking material was removed through a washing process, and a base layer on which a conductive layer having a thickness of 2.0 μm was formed was obtained.
[比較例2]
導電層20bの焼成温度を120℃とした以外は実施例4と同様にして定着用回転体を作製した。
[Comparative Example 2]
A fixing rotatable member was produced in the same manner as in Example 4, except that the baking temperature of the
[比較例3]
導電層20bの材質を銅とし、導電層の焼成を窒素雰囲気下で行った以外は実施例1と同様にして定着用回転体を作製した。得られた導電層の体積抵抗率は7.5×10-7Ω・mであり、実機での画像評価を実施したところ、発熱が不十分で画像不良が発生した。これは、樹脂層の形成時に銅の酸化が進み、導電層の体積抵抗率が上昇したためと考えられる。
[Comparative Example 3]
A fixing rotor was produced in the same manner as in Example 1, except that the material of the
(導電層の断面観察及び画像処理)
定着ベルトから、縦5mm、横5mm、厚みが定着ベルトの全厚みである試料を、定着部材の任意の20箇所から採取した。得られた試料について、定着ベルトの周方向に沿う方向の断面が露出するように、イオンミリング装置(商品名:IM4000、日立ハイテクノロジー社製)を用いて研磨加工した。イオンミリングによる断面の研磨加工では、試料からの粒子の脱落や研磨剤の混入を防ぐことができ、また、研磨痕の少ない断面を形成することができる。
続いて、試料の研磨された面に露出している、導電層20bの厚み方向断面を、エネルギー分散型X線分析装置(EDS)を搭載したショットキー電界放出形走査顕微鏡Schottky Field Emission Scanning Electron Microscope (商品名:JSM-F100、日本電子社製)で観察し、断面画像を取得した。観察条件としては、20000倍の反射電子像モードとし、反射電子像取得条件としては、加速電圧:3.0kV、ワーキングディスタンス:3mmとした。
得られた断面画像に対して、結晶粒子部分を白く、結晶粒子以外の部分を黒く表示されるように、二値化処理を行った。二値化の手法としては、「IEEE Transactions on SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS, Vol. SMC-9, No. 1, January 1979, pp. 62-6
6」に記載の大津法を用いた。
具体的には、まず、画像解析ソフト(ImageProPlus、MediaCybernetics社製)で反射電子像を読み込み、任意の箇所で大きさ0.5μm×0.5μmの範囲で画像を切り出し、この画像の輝度分布を求めた。次いで、求めた輝度分布から、上記大津法に基づいて、銀の結晶に対応する領域と、それ以外の領域と、を判別することができる二値化画像を得た。
(Cross-section observation of conductive layer and image processing)
Samples each having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness equal to the entire thickness of the fixing belt were taken from 20 random locations of the fixing member. The obtained samples were polished using an ion milling device (product name: IM4000, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) so that a cross section along the circumferential direction of the fixing belt was exposed. Polishing the cross section by ion milling can prevent particles from falling off the sample and abrasives from being mixed in, and can form a cross section with few polishing marks.
Next, the cross section in the thickness direction of the
The obtained cross-sectional image was subjected to binarization processing so that the crystal grains were displayed in white and the non-crystal grains were displayed in black.
The Ohtsu method described in "6" was used.
Specifically, the backscattered electron image was first read using image analysis software (ImageProPlus, MediaCybernetics), and an image was cut out at an arbitrary location within a range of 0.5 μm×0.5 μm to determine the luminance distribution of this image. Next, from the obtained luminance distribution, a binary image was obtained that could distinguish between areas corresponding to silver crystals and other areas based on the above-mentioned Otsu method.
(空孔率の算出)
上記手順で取得した二値化画像において、銀の結晶は白い領域として表される。この結晶の画像内で占める面積を算出することで、空孔率を算出した。
具体的には、上記二値化画像において、銀の結晶に対応する領域が占める画素数を求めた。そして、この画素数に1画素の面積(0.15×0.15=0.0225μm2)を乗ずることで、結晶粒子の占める面積を算出した。
空孔率は、導電層中の結晶粒子で占められていない空間の割合を示すため、上記で求めた結晶粒子の占める面積を用いて、以下のように求めた。
空孔率={二値化画像の面積(0.5×0.5(μm2))-結晶粒子の占める面積(μm2)}÷二値化画像の面積(0.5×0.5(μm2))×100
20個の試料から上記手順によって算出された空孔率の算術平均値を導電層の空孔率とした。
(Calculation of porosity)
In the binarized image obtained by the above procedure, the silver crystals are shown as white areas. The porosity was calculated by calculating the area that these crystals occupy in the image.
Specifically, the number of pixels in the binarized image occupied by the area corresponding to the silver crystals was determined, and the area occupied by the crystal grains was calculated by multiplying this number of pixels by the area of one pixel (0.15×0.15=0.0225 μm 2 ).
The porosity indicates the proportion of space not occupied by crystal particles in the conductive layer, and was calculated as follows using the area occupied by the crystal particles calculated above.
Porosity={area of binarized image (0.5×0.5 (μm 2 ))−area occupied by crystal grains (μm 2 )}÷area of binarized image (0.5×0.5 (μm 2 ))×100
The arithmetic average value of the porosity calculated from the 20 samples by the above procedure was taken as the porosity of the conductive layer.
(導電層の銀の純度測定)
上記試料の研磨された面に露出している導電層について、上記走査型電子顕微鏡「JSM-F100」に搭載されたEDSを用いて、加速電圧5~15kV、倍率4000倍の条件にて元素分析を行った。元素分析は、試料の研磨された面に露出した導電層の断面の任意の3箇所にて行った。20個の試料の断面画像の各々の任意の3箇所について、上記の元素分析を行って得た銀の純度の算術平均値を、観察対象に係る定着ベルトの導電層の銀の純度とした。
(Measurement of silver purity in conductive layer)
The conductive layer exposed on the polished surface of the sample was subjected to elemental analysis using an EDS mounted on the scanning electron microscope "JSM-F100" at an acceleration voltage of 5 to 15 kV and a magnification of 4000 times. The elemental analysis was performed at three arbitrary points on the cross section of the conductive layer exposed on the polished surface of the sample. The arithmetic mean value of the silver purity obtained by performing the elemental analysis on three arbitrary points on each of the cross-sectional images of the 20 samples was determined as the silver purity of the conductive layer of the fixing belt related to the observation target.
(評価:圧縮弾性率)
<導電層>
導電層の圧縮弾性率は以下の方法で計測した。
まず、定着用回転体から、表層、弾性層を剥離し、基層、導電層、樹脂層の積層体を取り出した。次にポリイミド被膜除去剤(eソルブ21KZE-100、株式会社金子化学製)を樹脂層の表面に塗布し、40℃で10分加熱した。
その後、室温(25℃)まで冷却した後、純水で洗浄、乾燥させて樹脂層を除去し、基材に対向する面とは反対の面の導電層を露出させた。露出させた導電層の表面に対して、微小押し込み硬さ試験機(商品名:ナノインデンターG200型、アジレント・テクノロジー社製)を用いて、バーコビッチ型圧子を使用して圧縮弾性率を測定した。
なお、測定領域は、導電層の基層に対向する面とは反対側の第1面から厚さ方向に深さ1μmまで圧子を押込み、その深さに対しての10~20%の領域、すなわち、表面から0.1μmから0.2μmの領域において計測された各深さ位置での圧縮弾性率の平均値を算出し、この領域における平均弾性率を算出した。測定は、温度25℃、相対湿度50%の環境下で行った。結果を表1に示す。
(Evaluation: Compressive elastic modulus)
<Conductive Layer>
The compressive elastic modulus of the conductive layer was measured by the following method.
First, the surface layer and the elastic layer were peeled off from the fixing rotor, and the laminate of the base layer, the conductive layer, and the resin layer was taken out. Next, a polyimide coating remover (e-Solv 21KZE-100, manufactured by Kaneko Chemical Co., Ltd.) was applied to the surface of the resin layer, and the resin layer was heated at 40° C. for 10 minutes.
After that, the substrate was cooled to room temperature (25° C.), washed with pure water, and dried to remove the resin layer, thereby exposing the conductive layer on the opposite side to the surface facing the substrate. The compressive modulus of the exposed conductive layer was measured using a Berkovich type indenter with a microindentation hardness tester (product name: Nanoindenter G200, manufactured by Agilent Technologies).
The measurement area was determined by pressing an indenter into the thickness direction from the first surface of the conductive layer opposite the surface facing the base layer to a depth of 1 μm, and calculating the average value of the compressive elastic modulus at each depth position measured in a region of 10 to 20% of the depth, i.e., a region of 0.1 μm to 0.2 μm from the surface, to calculate the average elastic modulus in this region. The measurement was performed in an environment with a temperature of 25° C. and a relative humidity of 50%. The results are shown in Table 1.
<基材>
基材の圧縮弾性率は以下の方法で計測した。
定着用回転体の基材の導電層が形成されている側の面とは反対側の表面に対して微小押し込み硬さ試験機(商品名:ナノインデンターG200型、アジレント・テクノロジー社製)を用いて、バーコビッチ型圧子を使用して圧縮弾性率を測定した。測定方法及び測定条件は、導電層の圧縮弾性率の測定と同様とした。
<Substrate>
The compressive elastic modulus of the substrate was measured by the following method.
The compressive modulus of the base material of the fixing rotor was measured using a Berkovich type indenter with a microindentation hardness tester (product name: Nanoindenter G200, manufactured by Agilent Technologies) on the surface opposite to the surface on which the conductive layer was formed. The measurement method and conditions were the same as those for measuring the compressive modulus of the conductive layer.
(評価:実機耐久試験)
実施例1~7、比較例1~3の定着用回転体について、次の条件で通紙耐久試験を行った。
実施例1~7、比較例1~3に係る定着用回転体を定着装置に組み込み、この定着装置をレーザープリンタ(商品名:Satera LBP961Ci、キヤノン社製)に搭載し、気温15℃、湿度10%の環境において、A4サイズの普通紙を、該普通紙上に画像を形成することなく200万枚通紙した。そして、通紙枚数の1万枚毎に定着ベルトの、紙の端部が当接する部分における基材の変形の有無を観察した。なお、上記レーザープリンタは、加圧ローラ及び定着ベルトを、高速(線速400mm/s)で回転するよう改造した。
通紙用の記録材としてはカラーレーザNPI上質厚口(A4サイズ 128g/m2、厚さ148μm、キヤノンマーケティングジャパン)を用いた。また、200万枚通紙終了後に、上記記録材にシアンのベタ画像を1枚形成した。得られたベタ画像を目視で観察した。観察結果を下記基準に従って評価した。
(Evaluation: actual machine durability test)
For the fixing rotating members of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3, a paper feed durability test was carried out under the following conditions.
The fixing rotors according to Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 were incorporated into a fixing device, and the fixing device was mounted on a laser printer (product name: Satera LBP961Ci, manufactured by Canon Inc.). In an environment with an air temperature of 15°C and a humidity of 10%, 2 million sheets of A4-sized plain paper were passed through the printer without forming an image on the plain paper. Then, the presence or absence of deformation of the base material of the fixing belt at the portion where the end of the paper abutted was observed every 10,000 sheets of paper. The above-mentioned laser printer was modified so that the pressure roller and the fixing belt rotated at high speed (linear speed 400 mm/s).
The recording material used for the paper feed was a color laser NPI high-quality heavyweight (A4 size 128 g/ m2 , thickness 148 μm, Canon Marketing Japan). After 2 million sheets had been fed, one solid cyan image was formed on the recording material. The solid image obtained was visually observed. The observation results were evaluated according to the following criteria.
ランクA:通紙枚数が200万枚に達したときにも、定着ベルトの基材には変形が認められなかった。また、ベタ画像には定着ムラが認められなかった。
ランクB:通紙枚数が200万枚に達した時点で、定着ベルトの基材の紙コバ当接部に対応する位置に変形が認められた。一方、ベタ画像には、当該変形に起因する定着ムラは認められなかった。
ランクC:通紙枚数が200万枚に達する前に、定着ベルトの基材の紙コバ当接部に対応する位置に変形が認められた。また、ベタ画像には、当該変形に起因する定着ムラが認められた。
Rank A: No deformation was observed in the base material of the fixing belt even when the number of sheets passed reached 2,000,000. Also, no fixing unevenness was observed in the solid image.
Rank B: When the number of sheets passed reached 2,000,000, deformation was observed at the position of the fixing belt base material corresponding to the edge of the paper in contact with the base material. On the other hand, no fixing unevenness due to the deformation was observed in the solid image.
Rank C: Before the number of sheets passed reached 2,000,000, deformation was observed at the position of the fixing belt base material corresponding to the edge of the paper in contact with the base material. Furthermore, fixing unevenness due to the deformation was observed in the solid image.
評価結果を表1に示す。なお、比較例1~3の実機評価に係る結果の備考欄には、基材の観察面に変形が最初に認められた通紙枚数を記載した。
表1中、PIはポリイミドを指し、PAIはポリアミドイミドを指す。
導電層の「厚さ」は、導電層の最大厚さを示す。
In Table 1, PI refers to polyimide and PAI refers to polyamideimide.
The "thickness" of the conductive layer refers to the maximum thickness of the conductive layer.
表1の結果から、導電層の圧縮弾性率を低く抑えることで、定着用回転体として耐久使用した場合にも座屈変形が無く、高耐久であることがわかる。また、実施例1~7においては導電層の体積抵抗率が導電性を維持できる程度に低く、画像不良の発生を抑制できていることがわかる。
導電層の圧縮弾性率は、空孔率が大きいほど低く抑えられている。また、金属種として銀ナノインクを使用した場合、空孔率は導電層の焼成温度によって調整することが可能であることがわかる。焼成温度が高いほど、空孔率が大きくなり、圧縮弾性率を低くすることができる。
From the results in Table 1, it can be seen that by suppressing the compressive elastic modulus of the conductive layer low, there is no buckling deformation even when used for a long time as a fixing rotating body, and it is highly durable. It can also be seen that in Examples 1 to 7, the volume resistivity of the conductive layer is low enough to maintain conductivity, and the occurrence of image defects can be suppressed.
The higher the porosity, the lower the compressive modulus of the conductive layer. In addition, when silver nanoink is used as the metal species, it is clear that the porosity can be adjusted by the baking temperature of the conductive layer. The higher the baking temperature, the higher the porosity and the lower the compressive modulus.
本開示は、以下の構成及び方法を含む。
(構成1)
定着用回転体であって、
該定着用回転体は、
少なくとも樹脂を含む円筒状の基材と、
該基材上の、導電層と、
該導電層の該基材側に対向する側とは反対側の面上の樹脂層と、を備え、
該導電層は、
該基材の外周面の周方向に延在してなり、かつ、
銀を含み、
該導電層の体積抵抗率が、1.0×10-8~8.0×10-8Ω・mであり、
該導電層の該基材に対向する側の面とは反対側の第1面に圧子を接触させて測定される、該導電層の該第1面から深さ0.1~0.2μmの厚さ領域における圧縮弾性率の平均値が、8~30GPaであることを特徴とする定着用回転体。
(構成2)
前記基材に含まれる樹脂が、ポリイミド及びポリアミドイミドからなる群から選択される少なくとも一である、構成1に記載の定着用回転体。
(構成3)
前記導電層の最大厚みTeが4μm以下である、構成1又は2に記載の定着用回転体。(構成4)
前記導電層が、その周方向の断面観察において空孔を有する、構成1~3のいずれかに記載の定着用回転体。
(構成5)
走査型電子顕微鏡による前記導電層の周方向の断面観察において、前記導電層の空孔率が、15~50%である、構成4に記載の定着用回転体。
(構成6)
前記導電層が実質的に銀からなる、構成1~5のいずれかに記載の定着用回転体。
(構成7)
前記導電層が、銀ナノ粒子の焼結体である、構成1~6のいずれかに記載の定着用回転体。
(構成8)
前記導電層が、前記定着用回転体の周方向に直交する方向において、複数の導電領域を含み、該複数の導電領域は電気的に互いに独立している、構成1~7のいずれかに記載の定着用回転体。
(構成9)
前記導電層の圧縮弾性率の平均値が、
前記基材の前記導電層が形成されている側の面とは反対側の第1面に圧子を接触させて測定される、該基材の該第1面から深さ0.1~0.2μmの厚さ領域における圧縮弾性率の平均値の6倍以下である、構成1~8のいずれかに記載の定着用回転体。
(構成10)
前記基材の圧縮弾性率の平均値が、2.5~6.0GPaである、構成1~9のいずれかに記載の定着用回転体。
(構成11)
前記樹脂層に含まれる樹脂が、ポリイミド及びポリアミドイミドからなる群から選択される少なくとも一である、構成1~10のいずれかに記載の定着用回転体。
(構成12)
前記基材に含まれる樹脂が、ポリイミドであり、前記樹脂層に含まれる樹脂がポリアミドイミドである、構成1~11のいずれかに記載の定着用回転体。(構成13)
構成1~12のいずれかに記載の定着用回転体と、
該定着用回転体を誘導加熱によって加熱するための誘導加熱装置と、を具備することを特徴とする定着装置。
(構成14)
前記誘導加熱装置が、
前記定着用回転体の内部に配置され、らせん軸が前記定着用回転体の回転軸に沿う方向と略平行であるらせん形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するための励磁コイルと、
前記らせん形状部の中に配置され、該回転軸方向に延びて前記定着用回転体の外側でループを形成しない磁性コアであって、該交番磁界の磁力線を誘導するための磁性コアと、を備え、
該磁性コアの材質が、強磁性体であり、
前記磁性コアの一方の長手端部から出て前記導電層の外側を通過し前記磁性コアの他方の長手端部に戻る磁力線によって誘導された誘導電流によって前記定着用回転体の前記導電層を発熱させる、構成13に記載の定着装置。
(構成15)
電子写真画像形成装置であって、
トナー像を担持する像担持体と、
該トナー像を記録材に転写する転写装置と、
転写された該トナー像を該記録材に定着させる定着装置と、
を備え、
該定着装置が構成13又は14に記載の定着装置であることを特徴とする電子写真画像形成装置。
(方法16)
構成1~12のいずれかに記載の定着用回転体の製造方法であって、
(i)前記基材を得る工程、
(ii)該工程(i)で得られた基材の外周面に銀ナノ粒子インクを塗布し、焼成することで導電層を得る工程、
(iii)該工程(ii)で得られた導電層上に樹脂材料を塗布し、焼成することで樹脂層を得る工程、
を有することを特徴とする、定着用回転体の製造方法。
The present disclosure includes the following configurations and methods.
(Configuration 1)
A fixing rotor,
The fixing rotor is
A cylindrical substrate containing at least a resin;
a conductive layer on the substrate;
a resin layer on a surface of the conductive layer opposite to a surface facing the substrate,
The conductive layer is
The groove extends in a circumferential direction of the outer peripheral surface of the substrate, and
Contains silver,
the volume resistivity of the conductive layer is 1.0×10 −8 to 8.0×10 −8 Ω·m;
The fixing rotor is characterized in that the average compressive elastic modulus in a thickness region of the conductive layer at a depth of 0.1 to 0.2 μm from the first surface, which is measured by bringing an indenter into contact with the first surface of the conductive layer opposite to the surface facing the substrate, is 8 to 30 GPa.
(Configuration 2)
2. The fixing rotating member according to
(Configuration 3)
The fixing rotating member according to the first or second aspect of the present invention, wherein the conductive layer has a maximum thickness Te of 4 μm or less. (Configuration 4)
The fixing rotating member according to any one of
(Configuration 5)
5. The fixing rotatable member according to
(Configuration 6)
The fixing rotating member according to any one of
(Configuration 7)
The fixing rotating member according to any one of
(Configuration 8)
The fixing rotor according to any one of
(Configuration 9)
The conductive layer has an average compressive elastic modulus of
The fixing rotor according to any one of
(Configuration 10)
10. The fixing rotating member according to any one of
(Configuration 11)
11. The fixing rotating member according to any one of
(Configuration 12)
The fixing rotating member according to any one of
A fixing rotating body according to any one of
and an induction heating device for heating the fixing rotatable body by induction heating.
(Configuration 14)
The induction heating device is
an excitation coil disposed inside the fixing rotor, the excitation coil having a helical portion whose helical axis is substantially parallel to a direction along the rotation axis of the fixing rotor, for generating an alternating magnetic field that generates heat in the conductive layer by electromagnetic induction;
a magnetic core disposed in the spiral portion, extending in the direction of the rotation axis and not forming a loop outside the fixing rotor, for inducing magnetic lines of the alternating magnetic field;
The magnetic core is made of a ferromagnetic material,
The fixing device described in
(Configuration 15)
1. An electrophotographic image forming apparatus, comprising:
an image carrier that carries a toner image;
a transfer device for transferring the toner image onto a recording material;
a fixing device for fixing the transferred toner image onto the recording material;
Equipped with
15. An electrophotographic image forming apparatus, wherein the fixing device is the fixing device according to
(Method 16)
A method for producing a fixing rotating body according to any one of
(i) obtaining the substrate;
(ii) applying a silver nanoparticle ink to the outer peripheral surface of the substrate obtained in step (i) and baking the ink to obtain a conductive layer;
(iii) applying a resin material onto the conductive layer obtained in the step (ii) and baking the applied resin material to obtain a resin layer;
A method for manufacturing a fixing rotating body, comprising the steps of:
1 画像形成装置、15 定着装置、20 定着用回転体、20a 基材、20b 導電層、20c 弾性層、20d 表層、20e 樹脂層、20f 接着層、21 加圧ローラ 1 Image forming device, 15 Fixing device, 20 Fixing rotor, 20a Base material, 20b Conductive layer, 20c Elastic layer, 20d Surface layer, 20e Resin layer, 20f Adhesive layer, 21 Pressure roller
Claims (16)
該定着用回転体は、
少なくとも樹脂を含む円筒状の基材と、
該基材上の、導電層と、
該導電層の該基材側に対向する側とは反対側の面上の樹脂層と、を備え、
該導電層は、
該基材の外周面の周方向に延在してなり、かつ、
銀を含み、
該導電層の体積抵抗率が、1.0×10-8~8.0×10-8Ω・mであり、
該導電層の該基材に対向する側の面とは反対側の第1面に圧子を接触させて測定される、該導電層の該第1面から深さ0.1~0.2μmの厚さ領域における圧縮弾性率の平均値が、8~30GPaであることを特徴とする定着用回転体。 A fixing rotor,
The fixing rotor is
A cylindrical substrate containing at least a resin;
a conductive layer on the substrate;
a resin layer on a surface of the conductive layer opposite to a surface facing the substrate,
The conductive layer is
The groove extends in a circumferential direction of the outer peripheral surface of the substrate, and
Contains silver,
the volume resistivity of the conductive layer is 1.0×10 −8 to 8.0×10 −8 Ω·m;
The fixing rotor is characterized in that the average compressive elastic modulus in a thickness region of the conductive layer at a depth of 0.1 to 0.2 μm from the first surface, which is measured by bringing an indenter into contact with the first surface of the conductive layer opposite to the surface facing the substrate, is 8 to 30 GPa.
前記基材の前記導電層が形成されている側の面とは反対側の第1面に圧子を接触させて測定される、該基材の該第1面から深さ0.1~0.2μmの厚さ領域における圧縮弾性率の平均値の6倍以下である、請求項1に記載の定着用回転体。 The conductive layer has an average compressive elastic modulus of
2. The fixing rotor according to claim 1, wherein the compressive elastic modulus is 6 times or less of the average value of a compressive elastic modulus in a thickness region of the substrate at a depth of 0.1 to 0.2 μm from the first surface of the substrate, the compressive elastic modulus being measured by contacting an indenter with the first surface of the substrate opposite to the surface on which the conductive layer is formed.
該定着用回転体を誘導加熱によって加熱するための誘導加熱装置と、を具備することを
特徴とする定着装置。 A fixing rotating body according to any one of claims 1 to 12,
and an induction heating device for heating the fixing rotatable body by induction heating.
前記定着用回転体の内部に配置され、らせん軸が前記定着用回転体の回転軸に沿う方向と略平行であるらせん形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するための励磁コイルと、
前記らせん形状部の中に配置され、該回転軸方向に延びて前記定着用回転体の外側でループを形成しない磁性コアであって、該交番磁界の磁力線を誘導するための磁性コアと、を備え、
該磁性コアの材質が、強磁性体であり、
前記磁性コアの一方の長手端部から出て前記導電層の外側を通過し前記磁性コアの他方の長手端部に戻る磁力線によって誘導された誘導電流によって前記定着用回転体の前記導電層を発熱させる、請求項13に記載の定着装置。 The induction heating device is
an excitation coil disposed inside the fixing rotor, the excitation coil having a helical portion whose helical axis is substantially parallel to a direction along the rotation axis of the fixing rotor, for generating an alternating magnetic field that generates heat in the conductive layer by electromagnetic induction;
a magnetic core disposed in the spiral portion, extending in the direction of the rotation axis and not forming a loop outside the fixing rotor, for inducing magnetic lines of the alternating magnetic field;
The magnetic core is made of a ferromagnetic material,
14. The fixing device according to claim 13, wherein the conductive layer of the fixing rotor is heated by an induced current induced by magnetic field lines that extend from one longitudinal end of the magnetic core, pass outside the conductive layer, and return to the other longitudinal end of the magnetic core.
トナー像を担持する像担持体と、
該トナー像を記録材に転写する転写装置と、
転写された該トナー像を該記録材に定着させる定着装置と、
を備え、
該定着装置が請求項13に記載の定着装置であることを特徴とする電子写真画像形成装置。 1. An electrophotographic image forming apparatus, comprising:
an image carrier that carries a toner image;
a transfer device for transferring the toner image onto a recording material;
a fixing device for fixing the transferred toner image onto the recording material;
Equipped with
14. An electrophotographic image forming apparatus, wherein the fixing device is the fixing device according to claim 13.
(i)前記基材を得る工程、
(ii)該工程(i)で得られた基材の外周面に銀ナノ粒子インクを塗布し、焼成することで導電層を得る工程、
(iii)該工程(ii)で得られた導電層上に樹脂材料を塗布し、焼成することで樹脂層を得る工程、
を有することを特徴とする、定着用回転体の製造方法。 A method for manufacturing the fixing rotating body according to any one of claims 1 to 12, comprising the steps of:
(i) obtaining the substrate;
(ii) applying a silver nanoparticle ink to the outer peripheral surface of the substrate obtained in step (i) and baking the ink to obtain a conductive layer;
(iii) applying a resin material onto the conductive layer obtained in the step (ii) and baking the applied resin material to obtain a resin layer;
A method for manufacturing a fixing rotating body, comprising the steps of:
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