JP6101295B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着ローラーや定着ベルトからなる定着部材の内周面に熱吸収部を有する定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に関する。

本出願人は、熱源から発生する赤外線を吸収する目的で、定着ローラーの内周面に熱吸収部を形成しているが、熱吸収部から超微粒子（ＵＦＰ：Ultra FineParticle）が発生することから、発生した超微粒子（ＵＦＰ）が装置外部に発散するのを防ぐために、赤外線を透過させるとともに、３００℃以上の耐熱性を有するコート層を熱吸収部の上にセラミック系塗料の焼成により形成した定着装置を開発し、出願している（特許文献１参照）。

超微粒子（ＵＦＰ）とは、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：Suspended Particulate Matter）のうち、直径が１００ｎｍ以下の粒子のことをいう。

熱吸収部から超微粒子（ＵＦＰ）が発生するメカニズムは、次の通りである。つまり、熱吸収部は、熱源の熱を効率良く吸収して定着ローラーに熱を伝えるために、黒色塗料（例えば、オキツモ塗料（セラミック系塗料）Ｎｏ．８２６４：商品名）を定着ローラーの内周面に焼成して形成される。これらの黒色塗料は金属酸化物に変性シリコーンを添加して生成される。熱源によって熱吸収部の温度が上昇すると、熱吸収部の変性シリコーンから低分子シロキサンが発生し、この低分子シロキサンが超微粒子（ＵＦＰ）として発散する。この超微粒子（ＵＦＰ）の発散は、環境上問題視されてきている。

特開２０１４−１９１０７０号公報

特許文献１では、超微粒子（ＵＦＰ）対策として効果はあるものの、定着ローラーの内周面に熱吸収部を形成し、さらにその上にコート層を形成しなければならず、塗装及び焼成に手間が掛かるとともに、２種類の塗料が必要で費用が嵩む。

また、セラミック系塗料はトルエン等の有機溶剤を用いており、排気装置や脱臭装置が必要で、作業環境を整えるための設備投資が必要である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、定着ローラーや定着ベルトからなる定着部材の内周面の変性シリコーンから発生する低分子シロキサンに起因する超微粒子（ＵＦＰ）の発生を大幅に低減するとともに、発生温度を高くできる熱吸収部だけを設けて簡単かつ安価に超微粒子（ＵＦＰ）対策を施すとともに、排気装置や脱臭装置を設けずに設備投資を軽減できる定着装置、及びそれを備えた画像形成装置を提供することである。

本発明に係る定着装置は、赤外線を発生する熱源と、該熱源によって内周面側から加熱される定着部材と、該定着部材に圧接し、未定着トナー像を担持した記録媒体を上記定着部材との間に挟持して記録媒体上に未定着トナー像を溶融定着するニップ部を形成する加圧部材とを備えている。

上記定着部材の内周面には、シリカ及びモノシラン化合物を出発物質とした重縮合物であり、かつ溶媒にアルコール溶液を用いた有機無機ハイブリッド塗料の焼成膜からなるとともに、気孔が塗膜に垂直方向に配向しており、上記熱源から発生する赤外線を吸収する熱吸収部が形成されている。

この場合、上記熱吸収部の膜厚は、１０μｍ〜３０μｍであることが望ましい。

また、上記熱吸収部の焼成温度は、２００℃〜４５０℃であることが望ましい。

さらに、上記定着部材は、定着ローラー又は定着ベルトであってもよい。

本発明に係る画像形成装置は、上記定着装置を備えている。

上記の構成によれば、熱吸収部として有機無機ハイブリッド塗料を用いることで、シロキサン結合による網目状の強固な塗膜が形成され、熱吸収部の耐熱性が向上する。また、有機無機ハイブリッド塗料はモノシラン化合物を出発物質とし、重縮合により得られるシロキサン結合を主とした高分子塗料の焼成膜であるため、塗膜中の変性シリコーン部は従来より少ない。したがって、変性シリコーンから発生する低分子シロキサンに起因する超微粒子（ＵＦＰ）の発生を大幅に低減することが可能になるとともに、発生温度を高くすることが可能になる。

さらに、定着部材の内周面に有機無機ハイブリッド塗料の焼成膜からなる熱吸収部を１層だけ形成すればよいので、特許文献１の如き二度塗りが不要で塗装及び焼成に手間が掛からず、塗料も１種類で済み、簡単にかつ安価に熱吸収部を形成できる。

また、有機無機ハイブリッド塗料は溶媒にアルコール溶液を用いるため、人体への影響は最小限に抑えられ、トルエン等の有機溶剤を用いることで作業環境整備に必要な排気装置や脱臭装置が不要で設備投資を軽減できる。

本発明によれば、有機無機ハイブリッド塗料を用いることで、シロキサン結合による編み目状の強固な塗膜を形成して塗膜の耐熱性を向上させることができるとともに、変性シリコーンに起因する超微粒子（ＵＦＰ）の発生を大幅に低減し、かつ発生温度を高くすることができる。また、有機無機ハイブリッド塗料からなる熱吸収部を１層形成するだけでよいので、塗装及び焼成が簡単でかつ安価に熱吸収部を形成することができる。さらに、アルコール溶液を用いるので、人体への影響を最小限に抑え、かつ設備投資も軽減することができる。

図１は、画像形成装置の内部構造を示す概略図である。 図２は、定着ローラーの構成図である。 図３は、実施例及び比較例の各テストパイプにおける温度変化に対する超微粒子の発生量を示すグラフである。 図４は、有機無機ハイブリッド塗料の焼成膜からなる熱吸収部の膜厚変化に対する超微粒子の発生量を示すグラフである。 図５は、有機無機ハイブリッド塗料の焼成膜からなる熱吸収部の焼成温度が１５０℃と３００℃とにおける超微粒子の発生量を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、レーザープリンターからなる画像形成装置１である。この画像形成装置１は、筐体２内に給紙部３、画像形成部４及び定着装置５が用紙搬送経路Ｌに沿って上流側から下流側に順に収容されている。用紙搬送経路Ｌの下流端は、筐体２上面部に設けられた排紙部６に達している。用紙搬送経路Ｌには、用紙（記録媒体）Ｐを挟持して搬送する複数の搬送ローラー７が配置されている。

給紙部３は、用紙Ｐが収容される給紙カセット８と、給紙カセット８内の用紙Ｐを取り出して用紙搬送経路Ｌに送り出すためのピックアップローラー９とを有している。給紙カセット８より送り出された用紙Ｐは、搬送ローラー７により画像形成部４に供給される。

画像形成部４では、給紙部３より供給された用紙Ｐに対して所定の画像データ（例えば、外部端末より受信した原稿画像の画像データ）に基づく未定着トナー像を転写するとともに、転写後の用紙Ｐを定着装置５に供給する。

図１中、１０は感光体ドラム、１１は、感光体ドラム１０周面を均一に帯電させる帯電器、１２は、感光体ドラム１０周面にレーザー光を照射することで、所定の画像データに応じた静電潜像を形成する露光装置、１３は、感光体ドラム１０周面の静電潜像にトナーを供給して未定着トナー像として顕像化する現像器、１４は、転写ローラー１４ａに転写バイアスを印加することで、感光体ドラム１０周面に形成された未定着トナー像を用紙Ｐに転写させる転写器、１５は、転写後の感光体ドラム１０周面に付着残存したトナーを清掃するクリーニング装置、１６は、感光体ドラム１０周面の残留電荷を除去する除電器であり、これらにより画像形成部４が構成されている。

定着装置５は、定着部材が定着ローラー１７であるローラー定着方式であり、定着ローラー１７及び加圧ローラー（加圧部材）１８をハウジング１９内に備えていて、図２に示すように、加圧ローラー１８は定着ローラー１７に圧接し、未定着トナー像Ｔを担持した用紙Ｐを定着ローラー１７との間に挟持して用紙Ｐ上に未定着トナー像Ｔを溶融定着するニップ部Ｎを形成する。

定着装置５にてトナー像が定着された用紙Ｐは、定着ローラー１７及び加圧ローラー１８により用紙搬送経路Ｌの下流側へと送り出され、搬送ローラー７により排紙部６に排出される。

定着ローラー１７の内部には、図２に示すように、赤外線を発生する熱源としての例えばハロゲンランプ２０が配置され、定着ローラー１７はハロゲンランプ２０によって内周面側から加熱される。

定着ローラー１７は、熱伝導性に優れたアルミニウムや鉄等の金属からなる円筒形状の芯金２１を備え、芯金２１の外周面には、シリコーンゴムからなる弾性層２２が形成され、弾性層２２は、ニップ部Ｎで未定着トナー像Ｔを溶融定着する際の離型性を向上させるためのフッ素樹脂のコーティングやチューブからなる離型層２３で覆われている。定着ローラー１７の内周面には、ハロゲンランプ２０から発生する赤外線を吸収する熱吸収部２４が焼成により形成されている。これらの厚みの一例を挙げると、内側から熱吸収部２４が３０μｍ、芯金（直径２５．４ｍｍ）２１が１ｍｍ、弾性層２２が２７０μｍ、離型層２３が３０μｍであるが、これに限らないことは言うまでもない。

一方、加圧ローラー１８は、例えば、合成樹脂、金属その他の材料からなる円形棒状の芯金２５を備え、芯金２５の外周面には、シリコーンゴムからなる弾性層２６が形成され、弾性層２６は、フッ素樹脂のコーティングやチューブからなる離型層（図示せず）で覆われている。これらの厚みの一例を挙げると、直径２５ｍｍの芯金２５に対して、弾性層２６が５．５ｍｍ、離型層が５０μｍであるが、これに限らないことは言うまでもない。

図２中、２７は、定着ローラー１７の表面温度を検知するサーミスターである。

定着ローラー１７の熱吸収部２４は、溶媒にアルコール溶液を用い、シリカ及びモノシラン化合物を出発物質とした重縮合物を主とした高分子塗料の焼成膜であり、コロイド分散させた無機物質のシリカ粒子の水酸基とモノシラン化合物内のメトキシラジカルの重縮合反応により強固に結合することで有機無機ハイブリッド塗膜（熱吸収部２４）を形成したのち焼成を行う。これにより、熱吸収部２４は、成形性に優れた有機材料と、耐熱性や耐候性に優れた無機材料との両性質を併せ持ち、かつシロキサン結合による網目状の強固な塗膜に形成されているとともに、気孔が塗膜に垂直方向に配向している。

したがって、熱吸収部２４によりハロゲンランプ２０から発生する赤外線の吸収率が上り、その結果、ハロゲンランプ２０の輻射熱の吸収率を高めて定着ローラー１７へ伝えることができる。これによって定着ローラー１７の温度が上昇し、定着ローラー１７が所定の温度になると、ニップ部Ｎで用紙Ｐの未定着トナー像Ｔが用紙Ｐ上に溶融定着される。

また、有機無機ハイブリッド塗料はモノシラン化合物を出発物質とし、重縮合により得られるシロキサン結合を主とした高分子塗料の焼成膜であるため、塗膜中の変性シリコーン部は従来より少ない。したがって、この熱吸収部２４は温度が上昇しても、変性シリコーンから発生する低分子シロキサンに起因する超微粒子（ＵＦＰ）の発生が大幅に低減されるとともに、発生温度も従来より高くなり、かつ単層であることから、特許文献１の如き二度塗りが不要で塗装及び焼成に手間が掛からず、しかも１種類の塗料でよく、熱吸収部２４を簡単にかつ安価に形成することができる。

さらに、有機無機ハイブリッド塗料に溶媒としてアルコール溶液を用いるので、人体への影響を最小限に抑えることができ、トルエン等の有機溶剤を用いることで作業環境整備に必要な排気装置や脱臭装置が不要で、その分だけ設備投資を軽減することができる。

弾性層２２は、シリコーンゴムを用いているが、芯金２１と離型層２３とで覆われているため、変性シリコーンに起因する超微粒子（ＵＦＰ）が外部に発散しない。

熱吸収部２４の膜厚は、１０μｍ〜３０μｍが好ましく、焼成温度は、２００℃〜４５０℃が好ましい。いずれも有機物から発生する超微粒子（ＵＦＰ）を抑制する観点からである。

次に、以下の要領にて熱吸収部を形成したテストパイプを用いて超微粒子（ＵＦＰ）の発生量を評価した。

―熱吸収部の形成方法―
（実施例）
粒径５ｎｍ〜１００ｎｍのシリカとモノシラン化合物との混合物２０％重量と、銅鉄マンガン酸化物及び黒色顔料からなる着色顔料３０％重量と、イソプロピルアルコール２５％重量と、体質顔料（アルミナ、タルク、マイカ、白雲母、ネフェリンシナイト等）２０％重量とを混合した有機無機ハイブリッド塗料を作製した。

この有機無機ハイブリッド塗料をアルミパイプ A５０５２（直径２０ｍｍ、長さ２６０ｍｍ）の内周面に３０μｍの厚みに塗布し、４００℃で１時間焼成してテストパイプを得た。

これにより、コロイド分散させた無機物質のシリカ粒子の水酸基とモノシラン化合物内のメトキシラジカルが反応し強固に結合することで有機無機ハイブリッド塗膜の熱吸収部を作成した。

（比較例１）
シリコーン樹脂２０％重量と、銅鉄マンガン酸化物及び黒色顔料からなる着色顔料２５％重量と、トルエン等の有機溶媒４０％重量と、珪酸マグネシウム、ホウ酸アルミニウム等からなる無機質顔料１０%重量、その他添加物５%重量とを混合したセラミック系塗料を作製した。

このセラミック系塗料をアルミパイプ A５０５２（直径２５ｍｍ、長さ２６０ｍｍ）の内周面に３０μｍの厚みに塗布し、４００℃で１時間焼成してテストパイプを得た。

（比較例２）
シリコーン樹脂１５％重量と、銅鉄マンガンアルミ酸化物及び黒色顔料からなる着色顔料１０％重量と、トルエン等の有機溶媒５０％重量と、珪酸マグネシウム、マスコバイト等からなる無機質顔料２０%重量、その他添加物５%重量とを混合したセラミック系塗料を作製した。

このセラミック系塗料をアルミパイプ A５０５２（直径２５ｍｍ、長さ２６０ｍｍ）の内周面に３０μｍの厚みに塗布し、４００℃で１時間焼成してテストパイプを得た。

―超微粒子（ＵＦＰ）発生量［個］の測定方法―
テストパイプを１ｍ3の測定チャンバーに入れ、テストパイプの内部にハロゲンランプを挿入した。テストパイプの表面温度を１３０℃、１７０℃、２００℃にそれぞれ制御しながら１０分間の測定を行い、単位時間当たりに発生した超微粒子（ＵＦＰ）の最大値で評価した。測定には、携帯型凝縮粒子カウンター ＣＰＣ(Condensation Particle Counter)ｍｏｄｅ１３００７ (ＴＳＩ社製：アメリカ合衆国ミネソタ州セントポール)を用いた。測定結果を図３に示す。

図３は、横軸にテストパイプの表面温度［℃］をとり、縦軸に超微粒子（ＵＦＰ）の発生量［個］をとったグラフである。図３の◆印（実施例）、■印（比較例１）及び▲印（比較例２）は、それぞれ測定ポイントを示す。

図３に示すように、超微粒子（ＵＦＰ）の発生量［個］は、実施例、比較例１及び比較例２のテストパイプ共に表面温度が１３０℃ではそれほど差がないが、表面温度が１７０℃では、実施例には変化は見られないのに対し、比較例１は５．００Ｅ＋０４、比較例２は１．２５Ｅ＋０５とそれぞれ増加している。表面温度が２００℃では、実施例が５．００Ｅ＋０４を僅かに超えているだけなのに対し、比較例１は２．５０Ｅ＋０５、比較例２は３．００Ｅ＋０５近くにまでそれぞれ急激に増加している。このように、実施例では、超微粒子（ＵＦＰ）の発生量［個］が抑えられ、良好な結果が得られた。

図４は、実施例のテストパイプ、つまり有機無機ハイブリッド塗料の焼成膜からなる熱吸収部の膜厚変化に対する超微粒子（ＵＦＰ）の発生量［個］を示すグラフであり、膜厚３０μｍで５．００Ｅ＋０４と７．５０Ｅ＋０４の中間付近に増加していることから、熱吸収部の膜厚は、１０μｍ〜３０μｍであることが好ましいことを裏付けている。

図５は、実施例のテストパイプ、つまり有機無機ハイブリッド塗料の焼成膜からなる熱吸収部の焼成温度が１５０℃と３００℃とにおける超微粒子（ＵＦＰ）の発生量［個］を示すグラフであり、焼成温度が１５０℃では、テストパイプの表面温度が２００℃になると、超微粒子（ＵＦＰ）の発生量［個］が２．５０Ｅ＋０５を超えている。このことは、焼結が不十分で塗膜が硬化する余地が残っていて、有機物を押さえ込めていないことが伺える。一方、焼成温度が３００℃では、テストパイプの表面温度が２００℃になっても、超微粒子（ＵＦＰ）の発生量［個］は５．００Ｅ＋０４と低く、焼結が十分に行われて塗膜が完全に硬化し、有機物を押さえ込めていることが伺える。因みに、定着温度は約２００℃であることから、熱吸収部の焼成温度は、２００℃〜４５０℃であることが好ましい。

なお、上記実施形態では、定着装置５は、定着部材が定着ローラー１８であるローラー定着方式を例示したが、定着部材が定着ベルトであるベルト定着方式であってもかまわない。

また、上記実施形態では、画像形成装置１がプリンターである例について説明したが、これに限ったものではなく、画像形成装置１は、例えば、複写機、ファクシミリ、又は複合機等であってもよい。

以上説明したように、本発明は、定着ローラーや定着ベルトからなる定着部材の内周面に熱吸収部を有する定着装置、及びそれを備えた画像形成装置について有用である。

１ 画像形成装置
５ 定着装置
１７ 定着ローラー（定着部材）
１８ 加圧ローラー（加圧部材）
２０ ハロゲンランプ（熱源）
２４ 熱吸収部
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）
Ｔ 未定着トナー像

Claims (6)

1. 赤外線を発生する熱源と、
   該熱源によって内周面側から加熱される定着部材と、
   該定着部材に圧接し、未定着トナー像を担持した記録媒体を上記定着部材との間に挟持して記録媒体上に未定着トナー像を溶融定着するニップ部を形成する加圧部材とを備えた定着装置であって、
   上記定着部材の内周面には、シリカ及びモノシラン化合物を出発物質とした重縮合物であり、かつ溶媒にアルコール溶液を用いた有機無機ハイブリッド塗料の焼成膜からなるとともに、気孔が塗膜に垂直方向に配向しており、上記熱源から発生する赤外線を吸収する熱吸収部が形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記熱吸収部の膜厚は、１０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１又は２に記載の定着装置において、
   上記熱吸収部の焼成温度は、２００℃〜４５０℃であることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置において、
   上記定着部材は、定着ローラーであることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置において、
   上記定着部材は、定着ベルトであることを特徴とする定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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