JP5418711B1 - 画像定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像定着の繰返しによる駆動トルクの上昇が起こりにくい画像定着装置を提供すること。
【解決手段】第1回転体と、第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、第2回転体の内部に配置され第2回転体の内面から第2回転体を第1回転体へ押圧する押圧部材と、第2回転体と押圧部材との間に配置される摺動部材と、第2回転体と摺動部材との間に介在する潤滑剤と、を備える画像定着装置であり、摺動部材が架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂を含む摺動層を有し、潤滑剤がアミノ変性シリコーンオイル及び末端変性パーフルオロポリエーテルを含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、画像定着装置、及び画像形成装置に関する。
電子写真方式を用いた画像形成装置では、記録媒体に形成された未定着トナー像を画像定着装置によって定着して画像を形成する。
この画像定着装置として、加熱ロールと加熱ロールに接触して配置された加圧ベルトとを備えた構成、又は、加熱ベルトと加熱ベルトに接触して配置された加圧ロールとを備えた構成の、ベルトニップ方式と呼ばれる画像定着装置が知られている。
ベルトニップ方式の画像定着装置では、ベルトは、内周面側から押圧部材によりロールに押圧されて配置され、ベルトと押圧部材の間には、ベルトの回転に伴う摺動抵抗を低減する目的でシート状の摺動部材が配置されることがある。そして、摺動部材の摺動面には、摺動部材と被摺動部材との間の摺動抵抗を低減させる目的で潤滑剤が付与される。
このようなベルトニップ方式の画像定着装置の例として、例えば以下の発明が開示されている。
特許文献1には、ポリエーテルエーテルケトンが露出した摺動面を有する摺動部材を備えた画像定着装置が開示されている。
特許文献2には、フッ素樹脂繊維の織布で構成され潤滑剤が付着した摺動部材を備えた画像定着装置が開示されている。
特許文献3には、変性パーフルオロポリエーテルを含有する潤滑剤を保持した摺動部材を備えた画像定着装置が開示されている。
特開2008−197317号公報 特開2010−217684号公報 特開2011−107729号公報
本発明は、画像定着の繰返しによる駆動トルクの上昇が起こりにくい画像定着装置を提供することを課題とする。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項1に係る発明は、
第1回転体と、
前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、
前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、
前記第2回転体と前記押圧部材との間に配置され、架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂を含む摺動層を有する摺動部材と、
前記第2回転体と前記摺動部材との間に介在する、アミノ変性シリコーンオイル及び末端変性パーフルオロポリエーテルを含む潤滑剤と、
を備える画像定着装置。
請求項2に係る発明は、
前記末端変性パーフルオロポリエーテルは、リン酸基、ヒドロキシ基又はカルボキシル基を末端に有するパーフルオロポリエーテル誘導体である、請求項1に記載の画像定着装置。
請求項3に係る発明は、
前記潤滑剤は、末端変性パーフルオロポリエーテルを0.05質量%以上5質量%以下の範囲で含む、請求項1又は請求項2に記載の画像定着装置。
請求項4に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、
帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、
前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
前記トナー像を記録媒体に定着する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像定着装置と、
を備える画像形成装置。
請求項1に係る発明によれば、上記摺動部材及び上記潤滑剤を備えない場合に比較して、画像定着の繰返しによる駆動トルクの上昇が起こりにくい画像定着装置が提供される。
請求項2に係る発明によれば、末端変性パーフルオロポリエーテルが上記誘導体でない場合に比較して、画像定着の繰返しによる駆動トルクの上昇がより起こりにくい画像定着装置が提供される。
請求項3に係る発明によれば、末端変性パーフルオロポリエーテルの含有量が上記範囲から外れる場合に比較して、画像定着の繰返しによる駆動トルクの上昇がより起こりにくい画像定着装置が提供される。
請求項4に係る発明によれば、上記画像定着装置を備えない場合に比較して、画像定着装置において画像定着の繰返しによる駆動トルクの上昇が起こりにくい画像形成装置が提供される。
第1実施形態に係る画像定着装置の構成を示す概略図である。 第2実施形態に係る画像定着装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す概略図である。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。これらの説明及び実施例は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
本実施形態に係る画像定着装置(以下「定着装置」ともいう。)は、第1回転体と、前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、前記第2回転体と前記押圧部材との間に配置される摺動部材と、前記第2回転体と前記摺動部材との間に介在する潤滑剤と、を備えている。
そして、前記摺動部材は、前記第2回転体と摺動する面を構成する摺動層に、架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂(以下「架橋PTFE樹脂」ともいう。)を含み、前記潤滑剤は、アミノ変性シリコーンオイル及び末端変性パーフルオロポリエーテル(以下「末端変性PFPE」ともいう。)を含有する。
本実施形態に係る定着装置は、上記の構成を備えることにより、画像定着の繰返しによる駆動トルクの上昇が起こりにくい。この理由は定かではないが、以下のように推定される。
従来、摺動部材の摺動面を構成する樹脂の一例として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE樹脂)が使用されてきた。
中でも架橋PTFE樹脂は、網目状の架橋構造を有するので、架橋されていないPTFE樹脂と比較して、摺動部材に応力を負荷した際にポリマー分子が動きにくく、したがって、架橋PTFE樹脂を摺動部材の摺動面に含ませると、摺動部材の機械的強度が向上する。
一方、潤滑剤としては、ジメチルポリシロキサン(ジメチルシリコーンオイル)及びその誘導体(変性シリコーンオイル)が好適なものとして知られている。
変性シリコーンオイルの1種であるアミノ変性シリコーンオイルは、分子内に導入されたアミノ基の分子間力により、ジメチルシリコーンオイルと比較して、摺動部材に含まれるポリマー分子との親和性に優れると考えられる。
しかも、摺動部材に含まれるポリマー分子が架橋PTFEの場合、架橋PTFEが有するフッ素原子が負帯電性であることから、正帯電性のアミノ基を有するアミノ変性シリコーンオイルは、ジメチルシリコーンオイルや、負帯電性又は帯電しにくい置換基を有する変性シリコーンオイルと比較して、架橋PTFEとの親和性に優れると考えられる。
末端変性PFPEは、主骨格の側鎖にフッ素原子を有することにより、アミノ変性シリコーンオイルとの親和性が高く、一方、主骨格の末端に置換基が導入されていることにより、この置換基の分子間力により摺動部材に含まれるポリマー分子との親和性に優れると考えられる。
したがって、末端変性PFPEは、アミノ変性シリコーンオイルと摺動部材とのなじみを向上させると考えられる。
以上に挙げた、架橋PTFE樹脂、アミノ変性シリコーンオイル、及び末端変性PFPEの相乗的な作用により、次の効果が奏されるものと考えられる。
架橋PTFEの架橋構造が、摺動部材の機械的強度を向上させると共に、該架橋構造の中にアミノ変性シリコーンオイル及び末端変性PFPEが存在することで、摺動部材の可塑性や柔軟性を向上させると考えられる。
また、架橋PTFEと、アミノ変性シリコーンオイル及び末端変性PFPEとの親和性が良好なことで、潤滑剤の潤滑効果が効率よく発揮され、摺動部材の耐摩耗性が向上すると考えられる。
したがって、本実施形態における摺動部材は、画像定着の繰返しによる摩耗や機械的変形の発生が起こりにくく、その結果、本実施形態に係る定着装置は、画像定着の繰返しによる駆動トルクの上昇が起こりにくいと考えられる。
以下、本実施形態に係る定着装置が備える、摺動部材及び潤滑剤について順次、説明する。
<摺動部材>
本実施形態における摺動部材は、第2回転体と摺動する面(摺動面)を構成する摺動層を有し、その他の層を更に有していてもよい。
即ち、本実施形態における摺動部材は、例えば、摺動層のみからなる単層の構成;基体の一方の面に摺動層が積層された二層の構成;基体の一方の面に摺動層が積層され、基体の他方の面に樹脂層が積層された三層の構成;などであってよい。
〔摺動層〕
摺動層は、第2回転体との摺動面を構成する層であり、架橋PTFE樹脂を含む。摺動層は、その他の樹脂やフィラー等を更に含んでいてもよい。
架橋PTFEとしては、例えば、未架橋PTFEに電離性放射線を照射して架橋させたPTFEが挙げられる。具体的には、架橋PTFEは、例えば、結晶融点よりも高い温度で加熱した状態の未架橋PTFEに、酸素不在の環境下で、照射線量1KGy以上10MGy以下の電離性放射線(例えば、γ線、電子線、X線、中性子線、又は高エネルギーイオン等)を照射して架橋させたPTFEである。
PTFEは、テトラフルオロエチレン以外の他の共重合成分、例えば、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、ヘキサフルオロプロピレン、(パーフルオロアルキル)エチレン、クロロトリフルオロエチレン等を含んでいてもよい。
その他の樹脂としては、フッ素樹脂が望ましく、具体的には例えば、架橋されていないPTFE樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー等が挙げられる。これらフッ素樹脂は、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
摺動層に含まれる樹脂の総量に占める架橋PTFE樹脂の割合は、摺動層の機械的強度の観点で、5質量%以上が望ましく、10質量%以上がより望ましく、15質量%以上が更に望ましく、20質量%以上がより更に望ましい。一方、摺動層の加工性の観点で、75質量%以下が望ましく、70質量%以下がより望ましく、65質量%以下が更に望ましく、60質量%以下がより更に望ましい。
フィラーは、熱伝導性の付与や耐久性の向上等を目的に添加される物質である。
フィラーとしては、層状構造を有する潤滑性フィラー(例えば、二硫化モリブデン、六方晶窒化硼素、マイカ、グラファイト、二硫化タングステン、タルク);導電性を有するフィラー(例えば、カーボンブラック、黒鉛);耐熱性樹脂(例えば、イミド系樹脂、アミド系樹脂、及び芳香族ポリエステル系樹脂)を含んで構成されるフィラー;などが挙げられる。
フィラーは、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
フィラーの添加量は、樹脂100質量部に対し、1質量部以上30質量部以下の範囲が望ましい。
摺動層の厚さは、基体の有無及び性状に応じて設定してよい。摺動部材が摺動層のみで構成される場合、摺動層の厚さは、例えば、100μm以上500μm以下としてよい。摺動部材が基体を含んで構成される場合、摺動層の厚さは、例えば、10μm以上100μm以下としてよい。
〔基体〕
基体は、シート状であり、例えば、ガラス繊維又は樹脂繊維からなる織布又は不織布;樹脂で成形された樹脂シート;などが挙げられる。
樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、補強材を添加してなるポリエステル樹脂等が挙げられる。
基体は、熱伝導性の付与や耐久性の向上等を目的に、フィラーを含んでもよい。
基体の厚さは、例えば、50μm以上150μm以下としてよい。
〔その他の樹脂層〕
基体の、摺動層が積層された面とは反対の面には、樹脂層が積層されていてもよい。
この樹脂層を構成する樹脂としては、フッ素樹脂が望ましく、具体的には例えば、架橋されていないPTFE、架橋PTFE、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー等が挙げられる。
この樹脂層の厚さは、例えば、10μm以上50μm以下としてよい。
〔摺動部材の製造方法〕
摺動部材の製造方法の例を説明する。以下の例では、基体と摺動層とを積層した構成を説明するが、本実施形態はこれに制限されるものではない。
まず、架橋PTFE樹脂を含むモールディングパウダーを金型に充填し、圧縮成型し、次いで樹脂の融点以上の温度で加熱焼成し、成型体を得る。この成型体を、金属刃物によってスカイビングし、架橋PTFE樹脂を含有するシート材料を得る。
次に、基体用のシートを用意する。
例えば、市販のガラス繊維織布を用意してもよく、モールディングパウダーを材料にして樹脂シートを成形してもよい。
次に、架橋PTFE樹脂を含有するシート材料と基体とを貼り合わせる。
貼り合わせる方法としては、例えば、基体に接着剤を塗布し、その上に、架橋PTFE樹脂を含有するシート材料を重ねて、圧着する方法;基体と架橋PTFE樹脂を含有するシート材料とを重ね、樹脂の融点以上に加熱して融着する方法;織布又は不織布の基体に熱可塑性樹脂(例えば、低分子量のフッ素樹脂)を浸透させ、これを接着剤として、基体と、架橋PTFE樹脂を含有するシート材料とを熱圧着する方法;などが挙げられる。
<潤滑剤>
潤滑剤は、アミノ変性シリコーンオイルと末端変性PFPEとを含有し、更に他の成分(例えば、公知の酸化防止剤や増粘剤など)を含有してもよい。
アミノ変性シリコーンオイルは、ジメチルポリシロキサンの分子内にアミノ基が導入されたジメチルポリシロキサン誘導体である。
アミノ変性シリコーンオイルとしては、ジメチルポリシロキサンの分子内のケイ素原子に、例えば、2−アミノエチル基、3−アミノプロピル基、N−シクロヘキシル−3−アミノプロピル基、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基等の置換基が結合した化合物が望ましい。具体的には、例えば、信越化学工業社製のKF−8009A、KF−8009B、KF−8009C等が挙げられる。
アミノ変性シリコーンオイルの動粘度(25℃)は、例えば、100mm/s以上600mm/s以下である。
アミノ変性シリコーンオイルは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
潤滑剤は、アミノ変性シリコーンオイル以外のシリコーンオイル(例えば、ジメチルシリコーンオイル、アミノ変性以外の変性シリコーンオイル)を含有していてもよい。
ただし、全シリコーンオイルに対しアミノ変性シリコーンオイルが、80質量%以上を占めることが望ましく、90質量%以上を占めることがより望ましく、100質量%を占めることが更に望ましい。
末端変性PFPEは、パーフルオロポリエーテル(PFPE)の片末端又は両末端に置換基が導入されたパーフルオロポリエーテル誘導体であり、置換基としては、リン酸基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミノ基等が挙げられる。
置換基の導入は、PFPEの片末端のみでもよく、PFPEの両末端でもよい。
末端変性PFPEとしては、例えば、末端にリン酸基を有するPFPE誘導体(「末端リン酸変性PFPE」という);末端にヒドロキシ基を有するPFPE誘導体(「末端アルコール変性PFPE」という);末端にカルボキシル基を有するPFPE誘導体(「末端カルボン酸変性PFPE」という);末端にアミノ基を有するPFPE誘導体(「末端アミノ変性PFPE」という);が挙げられる。
末端変性PFPEは、架橋PTFE樹脂やアミノ変性シリコーンオイルとの親和性の観点で、末端リン酸変性PFPE、末端アルコール変性PFPE、及び末端カルボン酸変性PFPEが望ましく、末端リン酸変性PFPE、及び末端アルコール変性PFPEがより望ましく、末端リン酸変性PFPEが更に望ましい。
末端変性PFPEの重量平均分子量は、2000以上5000以下が望ましく、より望ましくは3000以上4000以下である。重量平均分子量が2000以上であれば、高温下での揮発が起こりにくく、5000以下であれば、架橋PTFE樹脂の架橋構造中に存在し易い。
潤滑剤における末端変性PFPEの含有量は、画像定着の繰返しによる駆動トルクの上昇をより抑制する観点で、0.05質量%以上が望ましく、0.1質量%以上がより望ましく、0.5質量%以上が更に望ましい。一方、潤滑剤の粘度安定性の観点で、5質量%以下が望ましく、4質量%以下がより望ましく、3質量%以下が更に望ましい。
<定着装置>
本実施形態に係る定着装置は、第1回転体と、前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、前記第2回転体と前記押圧部材との間に配置される摺動部材と、前記第2回転体と前記摺動部材との間に介在する潤滑剤と、を備える。そして、前記摺動部材は、前記第2回転体との摺動面を構成する摺動層に、架橋PTFE樹脂を含み、前記潤滑剤は、アミノ変性シリコーンオイル及び末端変性PFPEを含有する。
本実施形態に係る定着装置は、更に、前記第1回転体及び前記第2回転体の少なくとも一方を加熱する加熱源を備えることが望ましい。
前記第2回転体の一例としての加熱ベルトや加圧ベルトの内面(内周面)は、その表面粗さRaが0.1μm以上2.0μm以下であることが望ましく、0.3μm以上1.5μm以下であることがより望ましい。上記範囲であると、前記第2回転体の一例としての加熱ベルトや加圧ベルトと、摺動部材との摺動抵抗が低減し、また、両部材間で潤滑剤を保持し易くなり、摺動部材の耐摩耗性が向上する。
ここで、表面粗さRaの測定は、表面粗さ計サーフコム1400A(東京精密社製)を用いて、JIS B0601−1994に準拠し、評価長さLnを4mm、基準長さLを0.8mm、カットオフ値を0.8mmとした測定条件で行う。
本実施形態に係る定着装置としては、種々の構成があるが、下記の2つの実施形態を具体的に説明する。
第1実施形態として、加熱源を有する加熱ロールと、押圧パッドが押圧された加圧ベルトと、を備えた定着装置を説明する。
第2実施形態として、加熱源を有し押圧パッドが押圧された加熱ベルトと、加圧ロールと、を備えた定着装置を説明する。
〔定着装置の第1実施形態〕
図1を参照して、第1実施形態に係る定着装置60について説明する。
図1は、第1実施形態に係る定着装置60の構成を示す概略図である。
定着装置60は、加熱ロール61(第1回転体の一例)と、加圧ベルト62(第2回転体の一例)と、押圧パッド64(押圧部材の一例)と、摺動部材68(摺動部材の一例)と、ハロゲンランプ66(加熱源の一例)と、を備える。
加熱ロール61と加圧ベルト62とは、外周面で接触して印加し合う。加圧ベルト62が加熱ロール61に押圧していてもよく、加熱ロール61が加圧ベルト62に押圧していてもよい。加熱ロール61と加圧ベルト62とが接触した領域には、挟込領域N(ニップ部)が形成される。
加熱ロール61は、その内部にハロゲンランプ66(加熱源の一例)を備える。加熱源は、ハロゲンランプに限られず、発熱する他の発熱部材でもよい。
加熱ロール61の外周面には、感温素子69が接触して配置されている。感温素子69による温度計測値に基づいて、ハロゲンランプ66の点灯が制御され、加熱ロール61の表面温度が設定した温度(例えば150℃乃至180℃)に維持される。
加熱ロール61は、例えば金属製のコア(円筒状芯金)611の周囲に耐熱性弾性体層612及び離型層613をこの順に積層して構成される。
加圧ベルト62は、加熱ロール61の外周面に接して配置されている。
加圧ベルト62は、その内部に配置された押圧パッド64とベルト走行ガイド63とによって回転自在に支持されている。
押圧パッド64は、加圧ベルト62の内側に配置され、加圧ベルト62を介して加熱ロール61と印加し合う。
押圧パッド64は、挟込領域Nの入口側に前挟込部材64aを備え、挟込領域Nの出口側に剥離挟込部材64bを備える。
前挟込部材64aは、加熱ロール61の外周形状に沿う凹形状に構成されて、挟込領域Nの長さ(摺動方向の距離)を確保する。
剥離挟込部材64bは、加熱ロール61の外周面に対し突出する形状に構成されて、挟込領域Nの出口領域において加熱ロール61に局所的な歪みを生じさせ、定着後の記録媒体の加熱ロール61からの剥離を容易にする。
摺動部材68は、シート状に構成され、加圧ベルト62と押圧パッド64との間に、その摺動面が加圧ベルト62の内周面と接するように配置されている。
摺動部材68は、その摺動面と加圧ベルト62の内周面との間に、潤滑剤を保持する。
摺動部材68は、加圧ベルト62の内周面と押圧パッド64との摺動抵抗を小さくするために、前挟込部材64a及び剥離挟込部材64bを覆うように配置される。
保持部材65は、押圧パッド64と摺動部材68とを保持する。保持部材65は、例えば金属製である。
保持部材65には、ベルト走行ガイド63が取り付けられている。ベルト走行ガイド63に沿って加圧ベルト62が回転する。
ベルト走行ガイド63には、加圧ベルト62の内周面に潤滑剤を供給する手段である潤滑剤供給装置67が取り付けられていてもよい。加圧ベルト62の内周面に供給された潤滑剤は連れ回され、摺動部材68の摺動面に供給される。
挟込領域Nの下流側には、記録媒体の剥離の補助手段として、剥離部材70が備えられる。剥離部材70は、剥離爪71と、剥離爪71を保持する保持部材72と、を備える。剥離爪71は、加熱ロール61の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に加熱ロール61と近接する状態で配置されている。
加熱ロール61は、駆動モータ(不図示)により矢印Cの方向に回転し、この回転に従動して加圧ベルト62は、加熱ロール61の回転方向と反対の方向に回転する。
未定着トナー像を有する用紙K(記録媒体)は、定着入口ガイド56によって導かれて、挟込領域Nに搬送される。そして、用紙Kが挟込領域Nを通過する際に、用紙K上のトナー像は挟込領域Nに作用する圧力と熱とによって定着される。
〔定着装置の第2実施形態〕
図2を参照して、第2実施形態に係る定着装置80について説明する。
図2は、第2実施形態に係る定着装置80の構成を示す概略図である。
定着装置80は、加圧ロール88(第1回転体の一例)と、定着ベルトモジュール86と、を備える。
定着ベルトモジュール86は、加熱ベルト84(第2回転体の一例)と、押圧パッド87(押圧部材の一例)と、摺動部材82(本実施形態に係る摺動部材の一例)と、押圧パッド87の近傍に配設されたハロゲンヒータ89A(加熱源の一例)と、を備える。
さらに、定着ベルトモジュール86は、支持ロール90と、支持ロール92と、姿勢矯正ロール94と、支持ロール98と、を備える。
加圧ロール88は、加熱ベルト84(定着ベルトモジュール86)に押圧して配置され、加圧ロール88と加熱ベルト84(定着ベルトモジュール86)とが接触する領域に挟込領域N(ニップ部)が形成されている。
加熱ベルト84は、無端状に構成されており、その内部に配置された押圧パッド87と支持ロール90とによって回転自在に支持されている。
押圧パッド87は、加熱ベルト84が巻き掛けられ、加熱ベルト84を加圧ロール88へ押圧する。
押圧パッド87は、前挟込部材87aと、剥離挟込部材87bとを備え、保持部材89によって支持されている。
前挟込部材87aは、加圧ロール88の外周形状に沿う凹形状に構成されて、挟込領域Nの入口側に配置され、挟込領域Nの長さ(摺動方向の距離)を確保する。
剥離挟込部材87bは、加圧ロール88の外周面に対し突出する形状に構成されて、挟込領域Nの出口側に配置され、挟込領域Nの出口領域において加圧ロール88に局所的な歪みを生じさせ、定着後の記録媒体の加圧ロール88からの剥離を容易にする。
押圧パッド87は、その近傍(例えば保持部材89の内部)にハロゲンヒータ89A(加熱源の一例)を備え、加熱ベルト84を内周面側から加熱する。
例えば保持部材89の前挟込部材87aの上流には、加熱ベルト84の内周面に潤滑剤を供給する手段である潤滑剤供給装置(不図示)が取り付けられていてもよい。加熱ベルト84の内周面に供給された潤滑剤は連れ回され、摺動部材82の摺動面に供給される。
摺動部材82は、シート状に構成され、加熱ベルト84と押圧パッド87との間に、その摺動面が加熱ベルト84の内周面と接するように配置されている。
摺動部材82は、その摺動面と加熱ベルト84の内周面との間に、潤滑剤を保持する。
支持ロール90は、加熱ベルト84が巻き掛けられ、押圧パッド87と異なる位置で加熱ベルト84を支持する。
支持ロール90は、その内部にハロゲンヒータ90A(加熱源の一例)を備え、加熱ベルト84を内周面側から加熱する。
支持ロール90は、例えばアルミニウムの円筒状ロールの外周表面に、例えば厚さ20μmのフッ素樹脂からなる離型層が形成されたロールである。
支持ロール92は、押圧パッド87から支持ロール90までの間の加熱ベルト84の外周面に接触して配置されており、加熱ベルト84の周回経路を規定する。
支持ロール92は、その内部にハロゲンヒータ92A(加熱源の一例)を備え、加熱ベルト84を外周面側から加熱する。
支持ロール92は、例えばアルミニウムの円筒状ロールの外周表面に、例えば厚さ20μmのフッ素樹脂からなる離型層が形成されたロールである。
加熱源の一例である、ハロゲンヒータ89A、ハロゲンヒータ90A、ハロゲンヒータ92Aは、これらのうち少なくとも1つが備えられていればよい。
姿勢矯正ロール94は、支持ロール90から押圧パッド87までの間の加熱ベルト84の内周面に接触して配置されており、支持ロール90から押圧パッド87までの加熱ベルト84の姿勢を矯正する。
姿勢矯正ロール94の近傍には、加熱ベルト84の端部位置を測定する端部位置測定機構(不図示)が配置され、姿勢矯正ロール94には、端部位置測定機構の測定結果に応じて加熱ベルト84の軸方向における当り位置を変位させる軸変位機構(不図示)が配設され、これらの機構が加熱ベルト84の姿勢を矯正する。
姿勢矯正ロール94は、例えばアルミニウムの円柱状ロールである。
支持ロール98は、押圧パッド87から支持ロール92までの間の加熱ベルト84の内周面に接触して配置されており、挟込領域Nの下流側において加熱ベルト84の内周面から加熱ベルト84に張力を付与する。
支持ロール98は、例えばアルミニウムの円筒状ロールの外周表面に、例えば厚さ20μmのフッ素樹脂からなる離型層が形成されたロールである。
加圧ロール88は、加熱ベルト84が押圧パッド87に巻き回された部位において、加熱ベルト84に押圧して配置されている。
加圧ロール88は、回転自在に設けられており、加熱ベルト84が矢印Eの方向に回転移動するのに伴って、加熱ベルト84に従動して、矢印Fの方向に回転する。
加圧ロール88は、例えばアルミニウムの円柱状ロール88Aの外周表面に、例えばシリコーンゴムからなる弾性層88Bと、例えば厚さ100μmのフッ素樹脂からなる剥離層(不図示)をこの順に積層して構成される。
例えば支持ロール90や支持ロール92が駆動モータ(不図示)により回転し、この回転に従動して加熱ベルト84が矢印Eの方向に回転移動し、加熱ベルト84の回転移動に従動して加圧ロール88が矢印Fの方向に回転する。
未定着トナー像を有する用紙K(記録媒体)は、定着装置80の挟込領域Nに搬送される。そして、用紙Kが挟込領域Nを通過する際に、用紙K上のトナー像は挟込領域Nに作用する圧力と熱とによって定着される。
<画像形成装置>
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、前記トナー像を記録媒体に定着する本実施形態に係る定着装置と、を備える。
以下に、本実施形態に係る画像形成装置について、一例である電子写真方式の画像形成装置を挙げて説明する。本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置に限られず、電子写真方式以外の公知の画像形成装置(例えば、インクジェット記録装置など)であってよい。
図3を参照して、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
図3は、本実施形態に係る画像形成装置100の構成を示す概略図である。画像形成装置100は、既述の第1実施形態の定着装置60を備える。画像形成装置100は、定着装置60に替えて、既述の第2実施形態に係る定着装置80を備えてもよい。
画像形成装置100は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置である。画像形成装置100は、電子写真方式により各色のトナー像が形成される画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kと、各色のトナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)する一次転写部10と、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー像を記録媒体である用紙Kに一括転写(二次転写)する二次転写部20と、二次転写された画像を用紙K上に定着させる定着装置60と、各装置(各部)の動作を制御する制御部40と、を備える。
画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kは、中間転写ベルト15の上流側から、1Y(イエロー用ユニット)、1M(マゼンタ用ユニット)、1C(シアン用ユニット)、1K(ブラック用ユニット)の順に、略直線状に配置されている。
画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kはそれぞれ、感光体11(像保持体の一例)を備える。感光体11は、矢印Aの方向に回転する。
感光体11の周囲には、帯電器12(帯電装置の一例)と、レーザー露光器13(潜像形成装置の一例)と、現像器14(現像装置の一例)と、一次転写ロール16と、感光体クリーナ17とが、感光体11の回転方向に沿って順次配設されている。
帯電器12は、感光体11の表面を帯電させる。
レーザー露光器13は、露光ビームBmを発して、感光体11上に静電潜像を形成する。
現像器14は、各色のトナーを収容しており、感光体11上の静電潜像をトナーにより可視像化する。
一次転写ロール16は、感光体11上に形成されたトナー像を、一次転写部10において、中間転写ベルト15に転写する。
感光体クリーナ17は、感光体11上の残留トナーを除去する。
中間転写ベルト15は、ポリイミド又はポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を添加した材料からなるベルトである。中間転写ベルト15は、体積抵抗率が例えば10Ωcm以上1014Ωcm以下であり、厚さが例えば0.1mmである。
中間転写ベルト15は、駆動ロール31、支持ロール32、張力付与ロール33、背面ロール25、及びクリーニング背面ロール34によって支持され、駆動ロール31の回転に従って矢印Bの方向に循環駆動(回転)される。
駆動ロール31は、定速性に優れたモータ(不図示)により駆動されて中間転写ベルト15を回転させる。
支持ロール32は、4個の感光体11の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト15を、駆動ロール31と共に支持する。
張力付与ロール33は、中間転写ベルト15に一定の張力を与えると共に、中間転写ベルト15の蛇行を抑制する補正ロールとして機能する。
背面ロール25は、二次転写部20に設けられ、クリーニング背面ロール34は、中間転写ベルト15上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられる。
一次転写ロール16は、中間転写ベルト15を挟んで感光体11に圧接配置されて、一次転写部10を形成する。
一次転写ロール16には、トナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同じ。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加される。これにより、各感光体11上のトナー像が中間転写ベルト15に順次、静電吸引され、中間転写ベルト15上に重畳されたトナー像が形成される。
一次転写ロール16は、シャフト(例えば鉄、SUS等の金属の円柱棒)と、シャフトの周囲に固着した弾性層(例えば、カーボンブラック等の導電剤を配合したブレンドゴムのスポンジ層)とで構成された円筒ロールである。一次転写ロール16は、体積抵抗率が例えば107.5Ωcm以上108.5Ωcm以下である。
二次転写ロール22は、中間転写ベルト15を挟んで背面ロール25に圧接配置されて、二次転写部20を形成する。
二次転写ロール22は、背面ロール25との間に二次転写バイアスを形成し、二次転写部20に搬送される用紙K(記録媒体)上にトナー像を二次転写する。
二次転写ロール22は、シャフト(例えば鉄、SUS等の金属の円柱棒)と、シャフトの周囲に固着した弾性層(例えば、カーボンブラック等の導電剤を配合したブレンドゴムのスポンジ層)とで構成された円筒ロールである。二次転写ロール22は、体積抵抗率が例えば107.5Ωcm以上108.5Ωcm以下である。
背面ロール25は、中間転写ベルト15の裏面側に配置されて二次転写ロール22の対向電極を構成し、二次転写ロール22との間に転写電界を形成する。
背面ロール25は、例えば、ゴム基体を、カーボンを分散したブレンドゴムのチューブで被覆して構成される。背面ロール25は、表面抵抗率が例えば10Ω/□以上1010Ω/□以下であり、硬度が例えば70°(アスカーC:高分子計器社製、以下同じ。)である。
背面ロール25には、金属製の給電ロール26が接触配置されている。給電ロール26は、トナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)を印加し、二次転写ロール22と背面ロール25との間に転写電界を形成させる。
中間転写ベルト15の二次転写部20の下流側には、中間転写ベルトクリーナ35が、中間転写ベルト15に対し接離自在に設けられている。中間転写ベルトクリーナ35は、二次転写後の中間転写ベルト15上の残留トナーや紙粉を除去する。
画像形成ユニット1Yの上流側には、基準センサ(ホームポジションセンサ)42が配設されている。基準センサ42は、各画像形成ユニットにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する。基準センサ42は、中間転写ベルト15の裏側に設けられたマークを認識して基準信号を発生し、この基準信号を認識した制御部40からの指示により、画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kは画像形成を開始する。
画像形成ユニット1Kの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ43が配設されている。
画像形成装置100は、用紙Kを搬送する搬送手段として、用紙収容部50と、給紙ロール51と、搬送ロール52と、搬送ガイド53と、搬送ベルト55と、定着入口ガイド56とを備える。
用紙収容部50は、画像形成前の用紙Kを収容する。
給紙ロール51は、用紙収容部50に収容されていた用紙Kを取り出す。
搬送ロール52は、給紙ロール51により取り出された用紙Kを搬送する。
搬送ガイド53は、搬送ロール52により搬送された用紙Kを二次転写部20へ送り込む。
搬送ベルト55は、二次転写部20で画像が転写された用紙Kを定着装置60へ搬送する。
定着入口ガイド56は、用紙Kを定着装置60に導く。
次に、画像形成装置100による画像形成方法について説明する。
画像形成装置100では、画像読取装置(不図示)やコンピュータ(不図示)等から出力された画像データが画像処理装置(不図示)により画像処理され、画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kによって作像作業が実行される。
画像処理装置では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Y、M、C、Kの4色の色材階調データに変換され、レーザー露光器13に出力される。
レーザー露光器13は、入力された色材階調データに応じて、露光ビームBmを画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kの各感光体11に照射する。
画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kの各感光体11は、帯電器12によって表面が帯電された後、レーザー露光器13によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。各感光体11上に形成された静電潜像は、各画像形成ユニットによって各色のトナー像として現像される。
画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kの各感光体11上に形成されたトナー像は、各感光体11と中間転写ベルト15とが接触する一次転写部10において、中間転写ベルト15上に転写される。一次転写部10では、一次転写ロール16により中間転写ベルト15にトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加され、トナー像が中間転写ベルト15上に順次重ねて転写される。
中間転写ベルト15上に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト15が移動することによって、二次転写部20に搬送される。
トナー像が二次転写部20に到達するタイミングに合わせ、用紙収容部50に収容されていた用紙Kが、給紙ロール51、搬送ロール52及び搬送ガイド53によって搬送され、二次転写部20に供給され、中間転写ベルト15と二次転写ロール22との間に挟み込まれる。
そして、転写電界が形成されている二次転写部20において、中間転写ベルト15上のトナー像が、用紙K上に静電転写(二次転写)される。
トナー像が静電転写された用紙Kは、二次転写ロール22によって中間転写ベルト15から剥離され、搬送ベルト55によって定着装置60まで搬送される。
定着装置60に搬送された用紙Kは、定着装置60によって加熱及び加圧され、未定着トナー像が定着する。
以上の工程を経て、画像形成装置100によって記録媒体上に画像が形成される。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
<実施例1>
〔摺動部材の作製〕
架橋されていないPTFE樹脂及び架橋PTFE樹脂からなる樹脂組成物(日立電線社製XF−1B。架橋PTFE樹脂の含有率50質量%)を金型に充填し、圧縮成型し、次いで樹脂の融点以上の温度で加熱焼成し、成型体を得た。この成型体を、金属刃物によってスカイビングし、厚さ20μmのシート材料を得た。
次いで、ガラスクロス(厚さ90μm)に、フッ素樹脂ディスパージョン(ダイキン工業社製ネオフロン(登録商標)FEP ND−1:融点260℃)を塗布し、290℃にて溶融含浸させ、ガラスクロス基体を得た。
次いで、前記シート材料と前記ガラスクロス基体とを、シート材料/ガラスクロス基体/シート材料の順に積層し、300℃且つ60kg/cmの条件で加熱圧着を行った。
こうして、摺動部材(1)(厚さ140μm)を得た。
〔潤滑剤の作製〕
アミノ変性シリコーンオイル(信越化学工業社製KF−8009A、動粘度(25℃)300mm/s)と、片末端リン酸変性PFPE(ダイキン工業社製リン酸変性パーフルオロポリエーテルオイル−P)とを、片末端リン酸変性PFPEの含有率が0.5質量%になるように混合し、潤滑剤(1)を得た。
〔定着装置及び画像形成装置の作製〕
図1に示すのと同様な構成の定着装置を備えた画像形成装置(富士ゼロックス社製カラープリンターC2220)を用意し、摺動部材(1)を定着装置に取り付け、加圧ベルトと摺動部材(1)との間に潤滑剤(1)を介在させた。
なお、加圧ベルトは、熱硬化性ポリイミドからなる基体(周長94mm、肉厚75μm、長さ320mm)の外周面に、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体からなる離型層(厚さ30μm)を形成して構成した。
〔評価〕
評価のための画像形成を、22℃/55RH%の環境下、加熱ロールの表面温度175℃、且つ、プロセススピード194mm/秒の条件で行った。
画像形成装置を初めて稼働させる際の駆動トルクを、定着装置部分の定着ロールにトルクメータ(富士ゼロックスで作製)を装着して測定した。
また、A4サイズ換算で20万枚通紙した時点で稼働を停止させ、再稼働させる際の駆動トルクを、上記と同様にして測定した。
そして、各駆動トルクの値を、下記の評価基準に従って評価した。結果を表1に示す。
−駆動トルクの評価基準−
A:0.8Nm以下
B:0.8Nm超1.4Nm以下
C:1.4Nm超
駆動トルクが1.4Nmを超えると、異音が発生したり、記録媒体である紙に皺が発生したり、画像の乱れが発生したりすることがある。
<実施例2>
実施例1において、摺動部材の作製に用いた樹脂組成物を、日立電線社製XF−1A(架橋されていないPTFE樹脂及び架橋PTFE樹脂からなり、架橋PTFE樹脂の含有率10質量%)に変更した以外は、実施例1と同様にして、摺動部材(2)(厚さ140μm)を作製した。
そして、摺動部材(1)を摺動部材(2)に変更した以外は、実施例1と同様にして、定着装置及び画像形成装置を作製し、評価を行った。その結果を表1に示す。
<実施例3>
実施例1において、片末端リン酸変性PFPEを片末端アルコール変性PFPE(ダイキン工業社製アルコール変性パーフルオロポリエーテルオイル−SA)に変更した以外は、実施例1と同様にして、潤滑剤(3)を作製した。
そして、潤滑剤(1)を潤滑剤(3)に変更した以外は、実施例1と同様にして、定着装置及び画像形成装置を作製し、評価を行った。その結果を表1に示す。
<実施例4>
実施例1において、片末端リン酸変性PFPEの含有率を0.06質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、潤滑剤(4)を作製した。
そして、潤滑剤(1)を潤滑剤(4)に変更した以外は、実施例1と同様にして、定着装置及び画像形成装置を作製し、評価を行った。その結果を表1に示す。
<実施例5>
実施例1において、片末端リン酸変性PFPEの含有率を4.9質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、潤滑剤(5)を作製した。
そして、潤滑剤(1)を潤滑剤(5)に変更した以外は、実施例1と同様にして、定着装置及び画像形成装置を作製し、評価を行った。その結果を表1に示す。
<比較例1>
実施例1において、摺動部材の作製に用いた樹脂組成物を、変性PTFE樹脂(ダイキン工業社製ニューポリフロン(登録商標)M−111)に変更した以外は、実施例1と同様にして、摺動部材(C1)(厚さ140μm)を作製した。
そして、摺動部材(1)を摺動部材(C1)に変更した以外は、実施例1と同様にして、定着装置及び画像形成装置を作製し、評価を行った。その結果を表1に示す。
<比較例2>
実施例1において、摺動部材の作製に用いた樹脂組成物を、PTFE樹脂(三井・デュポンフロロケミカル社製テフロン(登録商標)モールディングパウダー7−J)に変更した以外は、実施例1と同様にして、摺動部材(C2)(厚さ140μm)を作製した。
そして、摺動部材(1)を摺動部材(C2)に変更した以外は、実施例1と同様にして、定着装置及び画像形成装置を作製し、評価を行った。その結果を表1に示す。
<比較例3>
実施例1において、アミノ変性シリコーンオイルをジメチルシリコーンオイル(信越化学工業社製KF−965、動粘度(25℃)300mm/s)に変更した以外は、実施例1と同様にして、潤滑剤(C3)を作製した。
そして、潤滑剤(1)を潤滑剤(C3)に変更した以外は、実施例1と同様にして、定着装置及び画像形成装置を作製し、評価を行った。その結果を表1に示す。
<比較例4>
実施例1において、アミノ変性シリコーンオイルをメチルフェニルシリコーンオイル(信越化学工業社製KF−54、動粘度(25℃)600mm/s)に変更した以外は、実施例1と同様にして、潤滑剤(C4)を作製した。
そして、潤滑剤(1)を潤滑剤(C4)に変更した以外は、実施例1と同様にして、定着装置及び画像形成装置を作製し、評価を行った。その結果を表1に示す。
<比較例5>
実施例1において、片末端リン酸変性PFPEを使用しなかった以外は、実施例1と同様にして、潤滑剤(C5)を作製した。
そして、潤滑剤(1)を潤滑剤(C5)に変更した以外は、実施例1と同様にして、定着装置及び画像形成装置を作製し、評価を行った。その結果を表1に示す。
20万枚通紙後の駆動トルクの評価が、比較例1〜5ではCであったのに対し、実施例1〜4ではB又はAであった。
60 定着装置
61 加熱ロール
62 加圧ベルト
63 ベルト走行ガイド
64 押圧パッド
65 保持部材
66 ハロゲンランプ
67 潤滑剤供給装置
68 摺動部材
69 感温素子
70 剥離部材
71 剥離爪
72 保持部材
80 定着装置
82 摺動部材
84 加熱ベルト
86 定着ベルトモジュール
87 押圧パッド
88 加圧ロール
88A 円柱状ロール
88B 弾性層
89 保持部材
89A ハロゲンヒータ
90 支持ロール
90A ハロゲンヒータ
92 支持ロール
92A ハロゲンヒータ
94 姿勢矯正ロール
98 支持ロール
100 画像形成装置
11 感光体(像保持体)
12 帯電器(帯電装置)
13 レーザー露光器(潜像形成装置)
14 現像器(現像装置)
15 中間転写ベルト
16 一次転写ロール(転写装置)
22 二次転写ロール(転写装置)

Claims (4)

  1. 第1回転体と、
    前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、
    前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、
    前記第2回転体と前記押圧部材との間に配置され、架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂を含む摺動層を有する摺動部材と、
    前記第2回転体と前記摺動部材との間に介在する、アミノ変性シリコーンオイル及び末端変性パーフルオロポリエーテルを含む潤滑剤と、
    を備える画像定着装置。
  2. 前記末端変性パーフルオロポリエーテルは、リン酸基、ヒドロキシ基又はカルボキシル基を末端に有するパーフルオロポリエーテル誘導体である、請求項1に記載の画像定着装置。
  3. 前記潤滑剤は、末端変性パーフルオロポリエーテルを0.05質量%以上5質量%以下の範囲で含む、請求項1又は請求項2に記載の画像定着装置。
  4. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、
    帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、
    前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
    前記トナー像を記録媒体に定着する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像定着装置と、
    を備える画像形成装置。
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