JP6146697B2 - 定着部材、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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図5におけるAの構成は、たとえば、特許文献2(特開2011−59247号公報)に開示されている。加熱体304としてはハロゲンヒータが用いられ、ホルダ305に加圧部材306が固定され、加熱源と加圧部材を分離した構成を持ち、加圧ローラ307−309にてニップを形成している。またB構成としては、たとえば、特許文献3(特開昭63−313182号公報)に開示されている。耐熱スリーブの中に、ホルダに固定された面状加熱体310と加圧部材306があり、同様に加圧ローラでニップを形成している。この構造は加熱体と加圧部材が一体となっており、定着設定温度までの到達時間の短縮に優れる。また、必ずしも加熱体と加圧部材が同一スリーブに入っている必要はなく、対抗したローラの中に形成することも可能である。すなわち図5におけるCの構成として、たとえば特許文献4(特許第3298354号公報)に開示されている。この方式は紙分離性に優れる。
たとえば特許文献5(特開2009−276499号公報)には「両端部アスカーC硬度がその中央部のアスカーC硬度よりも大きいことを特徴とする弾性ローラ」とされている。しかしながら、弾性層膜厚が2〜20mmかつ軸体上に形成され、発泡倍率を制御するとされており、軸方向で断熱性能が変化し、熱の滞留(特に通紙部と非通紙部の温度差)に差異が生じることにより、ローラ径が変化するなど、安定したシワ防止効果が得られない。
即ち、本発明は以下のとおりである。
記録材上に担持されるトナー像を加熱して該トナー像を定着させるための定着部材と、前記定着部材に圧接する加圧ローラとを備えた定着装置において使用される定着部材であって、少なくとも基材上に弾性層を有し、該弾性層が高熱伝導繊維状フィラーを含む耐熱性ゴムから構成され、該耐熱性ゴム中に空孔部を有し、
前記弾性層の定着部材軸方向端部に含有される高熱伝導繊維状フィラーの含有量を、中央部に含有される高熱伝導繊維状フィラーの含有量より多くして、定着部材軸方向端部表面のユニバーサル硬度が中央部表面のユニバーサル硬度より大きくしたことを特徴とする定着部材。
本発明の定着部材は、記録材上に担持されるトナー像を加熱して該トナー像を定着させるための定着部材と、前記定着部材に圧接する加圧ローラとを備えた定着装置において使用される定着部材であって、少なくとも基材上に弾性層を有し、該弾性層が高熱伝導繊維状フィラーを含む耐熱性ゴムから構成され、該耐熱性ゴム中に空孔部を有し、 前記弾性層の定着部材軸方向端部に含有される高熱伝導繊維状フィラーの含有量が、中央部に含有される高熱伝導繊維状フィラーの含有量より多く、定着部材軸方向端部表面のユニバーサル硬度が中央部表面のユニバーサル硬度より大きい。
本発明は、加熱定着部材の材料構成に関する発明であり、高熱伝導率かつ低熱容量である部材の端部表面のユニバーサル硬度を中央部表面のユニバーサル硬度よりも大きくすることで、転写紙のシワおよび異常画像をともに防止することができる。
超微小硬度計を用いてユニバーサル硬度を測定する場合、例えば下記条件で所定の押し込み深さまで徐々に圧子を定着部材に押し込んでいき、押し込み深さが所望の深さに達した時点での荷重と圧子の接触面積とからユニバーサル硬度を求める。本件では10μm押込み時のユニバーサル硬度を比較した。
−測定条件−
・圧子:対面角度136度の四角錐ダイヤモンド圧子
・初期荷重:0.02mN
・最大荷重:5mN〜400mN
・初期荷重から最大荷重までの荷重増加時間:10秒〜60秒
尚、ユニバーサル硬度を測定する定着部材の表面は、定着部材が上記弾性層上に離型層を有する場合は、離型層となる。表面が離型層の場合、ユニバーサル硬度は10μm押込み時を測定するが、離型層はその膜厚を有する必要はなく、弾性層の影響込みで硬度測定すればよい。離型層の有無に関わらず、定着部材端部表面のユニバーサル硬度が中央部表面のユニバーサル硬度より大きければ本発明の効果が発現する。
本発明の定着部材は、弾性層が高熱伝導繊維状フィラーを含有し空孔部を有することにより、軸方向に高熱伝導かつ低熱容量(高熱拡散率)である部材とすることができ、熱の滞留を防止することができる。さらに、本発明の定着部材は、弾性層を薄膜(約100〜300μm)とすることができ、径の大きな変化は生じない。さらにこれらの機能が付与されることで、安定したシワ防止効果が得られる。そして、薄膜であるため、アスカーC硬度に差異は生じず、ユニバーサル硬度で確認されるような微小領域硬度差をつけることによりシワ防止効果が得られることを確認した。さらに立上り時間短縮、異常画像防止、端部温度上昇の抑制などの効果を同時に実現することが可能となる。
前記中央部に含有される高比重である高熱伝導繊維状フィラーの添加量を下げることで、さらに、立上り時間の短縮に貢献する。
また、前記定着部材の軸方向端部表面の10μm押込み時のユニバーサル硬度が0.5N/mm2以下であり、かつ、軸方向端部と中央部の硬度差が10μm押込み時のユニバーサル硬度で0.1N/mm2以上0.4N/mm2以下であることが好ましい。
硬度を制御することにより、異常画像の発生を抑制することができる。
前記端部の硬度が0.5N/mm2以下であり、かつ、前記軸方向端部と中央部の硬度差が0.1N/mm2以上0.4N/mm2以下であると、紙への追従性が悪化することによる異常画像コールドオフセットが発生することを防ぐことができる。
さらに、前記中央部の硬度が0.1N/mm2以上であることがより好ましい。前記中央部の硬度が0.1N/mm2以上であると、ニップ幅増加、紙への追従が適切となり、トナーに過剰な熱を与えることによる異常画像ホットオフセットの発生を防ぐことができる。
従って、本発明の定着部材を用いることで、耐久性・信頼性の向上を実現した定着装置を提供できる。
また、本発明の定着装置を用いることで、高耐久、高信頼を有する電子写真方式の複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンター等の画像形成装置が可能であり、「顧客満足の向上」に寄与できる。
図1は画像形成装置の感光体とその作像系及び定着装置の構成を概念的に示した一例である。この電子写真方式の画像形成装置における画像作成プロセスは、回転する感光体ドラム101の感光層を帯電ローラ102を用いて一様に帯電させた後、図示しないレーザ走査ユニットからのレーザービーム103によって露光し、静電潜像を形成する。次に感光体ドラム101上の静電潜像をトナーによって現像してトナー像とし、そのトナー像を記録シート107上に転写し、さらにその記録シート107を定着装置に通してトナー像を加熱、加圧して記録シートに定着させるように構成する。
なお図1(a)中104は現像ローラ、105はパワーパック(電源)、106は転写ローラ、108はクリーニング装置、109は表面電位計である。
基材201は、耐熱材料からなり、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS、フッ素樹脂等の樹脂材料を用いることができる。樹脂材料に、磁性導電性粒子を分散したものを用いることもできる。その場合、樹脂材料に対して磁性導電性粒子を20〜90重量%の範囲内で添加する。具体的には、ワニス状態の樹脂材料中に、ロールミル、サンドミル、遠心脱泡装置等の分散装置を用いて磁性導電性粒子を分散する。これを溶剤により適当な粘度に調整して、金型により所望の層厚に成形する。また、金属でも形成可能であり(これをローラと区別してスリーブとする)、具体的には、ニッケル、鉄、クロムの合金であって、それ自体が発熱しても良い。基材の層厚は、熱容量及び強度の点から、30〜500μmに形成されている。
高熱伝導繊維状フィラー204としては、炭素繊維、窒化ホウ素、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ、銀など各種金属フィラーなどが考えられる。その中でもたとえば炭素繊維は、合成繊維のアクリル長繊維からつくるPAN(ポリアクリロニトリル)系炭素繊維と、石炭タール、石油ピッチからつくるピッチ系炭素繊維がある。PAN系炭素繊維は、PANプリカーサー(ポリアクリロニトリル繊維)を炭素化して得られるもので、高強度・高弾性率の性質をもつ。ピッチ系炭素繊維は、ピッチプリカーサー(コールタールまたは石油重質分を原料として得られるピッチ繊維)を炭素化して得られるもので、製法の諸条件で、低弾性率から超高弾性率・高強度の広範囲の性質が得られる。超高弾性率品は、高剛性用途のほか、優れた熱伝導率や導電性の特性がある。本発明には熱伝導率の点から、ピッチ系炭素繊維を用いることが好ましい。
発泡剤は、弾性層における空孔部が、元の体積の50%から200%となるよう添加することが好ましい。
尚、定着部材軸方向端部と中央部における空孔部の割合は、同じでも異なっていても良い。定着部材軸方向端部表面のユニバーサル硬度が中央部表面のユニバーサル硬度より大きければ、本発明の効果は発言する。
前記弾性層の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、100μm〜500μmが好ましい。
例えば、炭素繊維の配向はキーエンス製マイクロスコープ:VHX−1000ズームレンズ:VH−Z100Rを用い観察し、対物倍率300倍のレンズで、800μm×600μmの範囲を決めて測定した。そして、この範囲にある長さ100μm以上の炭素繊維について、軸方向に対し、振れ角を測定し、両側30°の振れ角以内の炭素繊維の割合が全体に対して50%以上のものを「配向している」と定義した。
まず、基材上に弾性層を形成するが、熱伝導繊維状フィラーはたとえば小サイズ記録材通紙幅に当接する部位(図3参照:たとえば小サイズ記録材通紙幅がB5の縦通紙(幅182mm)の場合中央から±85mm幅)を境に、中央部301と軸端部302として配合比を変化させ、中央部の配合をゴムAとし、軸端部の配合をゴムBとする。そのゴムAで中央部に形成された膜を一次加硫した後、ゴムBを同様にしてディッピング塗装する。塗装工法はこれに限定されるものではなく、軸方向にせん断がかけられればよい。たとえば、他にダイコートによる押し出し工法などが考えられる。その後、加熱し、加硫する。その後全体を所望の膜厚まで研削処理したものを弾性層とする。その後、離型層を形成し、端部をカットして所望の長さに揃える。(図4参照)
本成型方法によれば、繊維状フィラーであるカーボンファイバーは塗装軸方向に配向することがわかっている。
中央部を小サイズ記録材通紙幅よりも少し小さい部分とすることにより、紙の端部が固い部分に少し接していることにより、紙端部を軸端部方向に引っ張る力が作用してシワの発生が抑制される。
また、図3においては、弾性層の中央部の配合をゴムAとし、軸端部の配合をゴムBとし、2種類で一段階の硬度差を設けた例を示したが、中央部から軸端部へ硬度を数段階にして徐々に大きくしても良い。例えば、対応するサイズ紙の全ての端部に硬度差を設けても良い。ゴムA,B,C,D,と多段階にして弾性層を作製することにより、徐々に硬度差を付けていくことができる。
定着部材軸方向端部の表面の10μm押込み時のユニバーサル硬度はより好ましくは、0.2〜0.5N/mm2である。
また、弾性層の定着部材軸方向中央部に含有される高熱伝導繊維状フィラーの含有量は、軸方向端部の硬度と中央部の硬度差が10μm押込み時のユニバーサル硬度で0.1N/mm2以上0.4N/mm2以下となるように含有させることが好ましい。
前記離型層の厚みは、0.01μm〜50μmが好ましく、0.01μm〜30μmがより好ましい。前記厚みが、0.01μm未満であると、弾性層の粗さにより、成膜性が確保されないことがあり、50μmを超えると、画像に段差が形成され、光沢差による画像不良が形成されることがある。
以下に、実験結果をもとに本発明をさらに詳細に説明する。
定着装置の定着部材として、基材:φ30、厚み50μmSUSスリーブ上に、弾性層としてシリコーンゴム(DY35−2083:東レ製)とフィラーと発泡剤と溶剤(トルエン)を混合し、粘度約100Pa・sec(シェアレイト0.115)に希釈したゴムを、塗装速度約10mm/minで膜厚約300μmを狙いとして、ディッピング塗装を実施した。
フィラーとしては高熱伝導繊維状フィラーとしてカーボンファイバー(日本グラファイト(株)XN−100−05M)、発泡剤として中空フィラー(松本油化製薬:PAN系F−80ED)からなり、表1に示す配合比(ベースシリコーンゴム100質量部に対する質量部)で成型した。
カーボンファイバーは小サイズ記録材通紙幅に当接する部位(図3参照:実施例においてはA4縦通紙が小サイズ記録材通紙幅となる)に対応し、中央部(定着部材の中央より軸方向に向かって±100mmの範囲)と、軸端部(中央部以外の部分)との配合比を変化させ、中央部の配合をゴムAとし、軸端部の配合をゴムBとする。そのゴムAで中央部に形成された膜を120℃30分で一次加硫した後、ゴムBを同様にしてディッピング塗装する。その後、120℃30分加熱し、引き続き200℃4時間加熱し、加硫する。その後全体を膜厚200±20μmまで研削処理したものを弾性層とする。その後、プライマ塗布し100℃以上で1時間乾燥したものに、グンゼ製PFAチューブ(三井デュポンフロロケミカル製PFA−350J、φ30、膜厚15μm)を被覆し、320℃で40分加熱溶着させ、端部をカットして所望の長さに揃えたものを定着スリーブとした。(図4参照)
本成型方法によれば、繊維状フィラーであるカーボンファイバーは塗装軸方向に配向することがわかっている。
−測定条件−
・圧子:対面角度136度の四角錐ダイヤモンド圧子
・初期荷重:0.02mN
・最大荷重:5mN〜400mN
・初期荷重から最大荷重までの荷重増加時間:10秒〜60秒
実施例1における弾性層のカーボンファイバー配合比をシリコーンゴム100質量部に対して中央部10質量部、軸端部50質量部に変更した以外は、実施例1と同様に定着部材を作製し、評価を実施した。
[実施例3]
実施例1における弾性層のカーボンファイバー配合比をシリコーンゴム100質量部に対して中央部40質量部、軸端部50質量部に変更した以外は、実施例1と同様に定着部材を作製し、評価を実施した。
[実施例4]
実施例1における弾性層のカーボンファイバー配合比をシリコーンゴム100質量部に対して中央部10質量部、軸端部30質量部に変更した以外は、実施例1と同様に定着部材を作製し、評価を実施した。
[実施例5]
実施例1における弾性層のカーボンファイバー配合比をシリコーンゴム100質量部に対して中央部40質量部、軸端部60質量部に変更した以外は、実施例1と同様に定着部材を作製し、評価を実施した。
[実施例6]
実施例1における弾性層のカーボンファイバー配合比をシリコーンゴム100質量部に対して中央部5質量部、軸端部50質量部に変更した以外は、実施例1と同様に定着部材を作製し、評価を実施した。
実施例1における弾性層のカーボンファイバー配合比をシリコーンゴム100質量部に対して中央部20質量部、軸端部20質量部に変更した以外は、実施例1と同様に定着部材を作製し、評価を実施した。
・定着部材軸方向端部表面のユニバーサル硬度が中央部表面のユニバーサル硬度より大きくすることによりシワは防止できる。
結果として、本発明の定着部材は高画質化と高信頼を両立し、長時間安定した定着を実現できるため、本発明の定着部材を具備した定着装置を用いることで、耐久性・信頼性の向上などを実現した定着装置を提供することができる。さらにはこの定着装置を有することで、高耐久、高信頼を有する電子写真方式の複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンター等の画像形成装置が可能であり、「顧客満足の向上」に寄与する。
102 帯電ローラ
103 露光
104 現像ローラ
105 パワーパック
106 転写ローラ
107 記録シート
108 クリーニング装置
109 表面電位計
110 加熱定着ローラ
111 加圧ローラ
112 ベルト方式定着器
113 定着ベルト
114 定着ローラ
115 加圧ローラ
116 加熱ローラ
201 基材
202 弾性層
203 離型層
204 高熱伝導フィラー
205 空孔部
301 ゴムAで形成された弾性層
302 ゴムBで形成された弾性層
Claims (5)
- 記録材上に担持されるトナー像を加熱して該トナー像を定着させるための定着部材と、前記定着部材に圧接する加圧ローラとを備えた定着装置において使用される定着部材であって、少なくとも基材上に弾性層を有し、該弾性層が高熱伝導繊維状フィラーを含む耐熱性ゴムから構成され、該耐熱性ゴム中に空孔部を有し、
前記弾性層の定着部材軸方向端部に含有される高熱伝導繊維状フィラーの含有量を、中央部に含有される高熱伝導繊維状フィラーの含有量より多くして、定着部材軸方向端部表面のユニバーサル硬度が中央部表面のユニバーサル硬度より大きくしたことを特徴とする定着部材。 - 前記定着部材の軸方向端部表面の10μm押込み時のユニバーサル硬度が0.5N/mm2以下であり、かつ、軸方向端部表面の硬度と中央部表面の硬度差が10μm押込み時のユニバーサル硬度で0.1N/mm2以上0.4N/mm2以下であることを特徴とする請求項1に記載の定着部材。
- 前記高熱伝導繊維状フィラーが定着部材の軸方向に配向していることを特徴とする請求項1または2に記載の定着部材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の定着部材を用いたことを特徴とする定着装置。
- 請求項4記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
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