JP6446916B2 - 定着部材、定着装置、画像形成装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、「可撓性を有する筒状のフィルムと、前記フィルムの内面と接触するニップ部形成部材と、前記フィルムを介して前記ニップ部形成部材と共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、トナー画像を担持する記録材を前記ニップ部で搬送しつつ加熱する像加熱装置において、前記フィルムの内面の前記ニップ部形成部材と摺動する領域にスキューネスRsk<0を満足する粗面部を有することを特徴とする像加熱装置」が開示されている。
即ち、請求項1に係る発明は、
環状の基材と、
前記環状の基材の内周面側に設けられた最内層であって、直径が0.5μm以上20μm以下であり、長さが1mm以上100mm以下であり、ポリイミド繊維及びポリフェニレンサルファイド繊維から選ばれる少なくとも1種である耐熱性繊維を含有し、内周面に凹凸構造が形成された最内層と、
を有する定着部材である。
前記最内層の内周面の算術平均粗さ(Ra)が、0.1μm以上0.5μm以下である請求項1に記載の定着部材である。
前記耐熱性繊維の直径が、1μm以上10μm以下であり、前記耐熱性繊維の長さが、3mm以上30mm以下である請求項1又は請求項2に記載の定着部材である。
前記最内層の厚さが、5μm以上20μm以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の定着部材である。
前記耐熱性繊維が、ポリイミド繊維である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の定着部材である。
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、を備え、
前記第1回転体及び前記第2回転体の少なくとも一方が、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の定着部材である定着装置である。
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
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手段と、
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手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着手段であって、請求項6に記載の定着装置である定着手段と、
を備える画像形成装置である。
なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明は適宜省略する場合がある。
本実施形態に係る定着部材について説明する。
図1は、本実施形態に係る定着部材の一例を示す概略断面図である。
なお、符号は省略して説明する。
環状の基材としては、例えば、ニッケル、アルミニウム、ステンレス等の金属製の基材;ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール等の樹脂製の基材;が挙げられる。また、環状の基材が樹脂製である場合には、例えば、熱伝導性等の各特性を制御する観点から、カーボンブラック等の各種の充填剤が含有されていてもよい。
最内層は、耐熱性繊維を含有することにより、内周面に、入り組んだ凹部形状を有する凹凸構造が形成される。この凹凸構造が形成されることにより、高温で使用した場合において、潤滑剤の保持量の減少が抑制される。つまり、潤滑剤を保持する層として機能する。
また、最内層の一例として、耐熱性繊維の他に、例えば、樹脂を含有している。耐熱性繊維どうしを保持させる観点、及び、最内層を基材に保持させる観点から、樹脂を含有していることが好ましい。
「繊維」とは、糸状や紐状等の細長い形状を示す物質である。
つまり、「耐熱性繊維」とは、定着装置の昇温温度に達しても、溶けたり分解したりしない、糸状や紐状等の細長い形状を示す物質を示す。
最内層の切片を切り出し、耐熱性繊維の30個をSEM(Scanning Electron Microscope)装置により観察し、画像解析によって耐熱性繊維ごとの直径、及び長さを測定し、その平均値を耐熱性繊維の直径、及び長さとする。
最内層の切片を切り出し、SEM装置により観察し、画像解析によって測定した平均値である。具体的には、最内層の基材が設けられている面側から、最内層の内周面の凸部の頂点までの距離、及び内周面の凹部の頂点までの距離を、それぞれ10箇所を測定して平均した値である。
最内層の一例として、耐熱性繊維の他に、例えば、樹脂を含有する。この樹脂は、耐熱性繊維どうしを保持したり、最内層を基材に保持する成分である。この樹脂としては、耐熱性を有していることが好ましい。例えば、具体的には、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール等の樹脂が挙げられる。
なお、例えば、耐熱性繊維どうしや、上記の基材との保持性の低下等を抑制する観点から、この樹脂は、耐熱性繊維や、基材に用いる樹脂と同じ種類の樹脂を用いることが好ましい。例えば、耐熱性繊維がポリイミド繊維であり、基材がポリイミドの樹脂製の基材であった場合には、この樹脂として、ポリイミドの樹脂を用いることが好ましい。
本実施形態に係る定着部材は、目的に応じて、弾性層を有していてもよい。弾性層は、環状の基材の外周面側に設けられる層である。この弾性層は、耐熱性弾性材料を含んでいることが好ましい。
シリコーンゴムとしては、例えば、RTVシリコーンゴム、HTVシリコーンゴム、液状シリコーンゴムなどが挙げられ、具体的には、ポリジメチルシリコーンゴム(MQ)、メチルビニルシリコーンゴム(VMQ)、メチルフェニルシリコーンゴム(PMQ)、フルオロシリコーンゴム(FVMQ)等が挙げられる。
フッ素ゴムとしては、フッ化ビニリデン系ゴム、四フッ化エチレン/プロピレン系ゴム、四フッ化エチレン/パーフルオロメチルビニルエーテルゴム、フォスファゼン系ゴム、フルオロポリエーテル等が挙げられる。
本実施形態に係る定着部材は、目的に応じて、表面層を有していてもよいが、表面層を有していることが好ましい。表面層は、環状の基材の外周面側に設けられる層である。表面層は、例えば、耐熱性離型材料を含んで構成される。
これらの中でも、耐熱性離型材料としては、フッ素樹脂がよい。フッ素樹脂として具体的には、例えば、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)、ポリエチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリクロロ三フッ化エチレン(PCTFE)、フッ化ビニル(PVF)等が挙げられる。
本実施形態に係る定着部材は、例えば、無端状のベルトとして、加熱ベルト、加圧ベルトのいずれにも適用される。なお、加熱ベルトとしては、電磁誘導方式により加熱する加熱ベルト、外部の熱源から加熱する加熱ベルトのいずれであってもよい。
但し、本実施形態に係る定着部材を電磁誘導方式により加熱する加熱ベルトに適用する場合、基材と弾性層との間に、電磁誘導により発熱する金属層(発熱層)を設けることがよい。
本実施形態に係る定着装置としては、種々の構成があり、例えば、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、を備える。そして、第1回転体及び第2回転体の少なくとも一方として、本実施形態に係る定着部材が適用される。
なお、本実施形態に係る定着装置は、第1及び第2実施形態に限られない。例えば、電磁誘導加熱方式の定着装置であってもよい。
第1実施形態に係る定着装置について説明する。図2は、第1実施形態に係る定着装置の一例を示す概略図である。
なお、第1実施形態に係る定着装置において、本実施形態に係る定着部材は、加圧ベルト(定着部材の一例)として適用される。
なお、押圧パッド64は、例えば、加圧ベルト62と加熱ロール61とが相対的に加圧されていればよい。従って、加圧ベルト62側が加熱ロール61に加圧されてもよく、加熱ロール61側が加熱ロール61に加圧されてもよい。
押圧パッド64は、例えば、幅の広い挟込領域Nを確保するための前挟込部材64aを挟込領域Nの入口側に配置し、加熱ロール61に歪みを与えるための剥離挟込部材64bを挟込領域Nの出口側に配置している。
なお、摺動部材68は、例えば、その摺動面が加圧ベルト62の内周面と接するように設けられており、加圧ベルト62との間に存在する潤滑剤の保持・供給に関与する。
第2実施形態に係る定着装置について説明する。図3は、第2実施形態に係る定着装置の一例を示す概略図である。なお、第2実施形態に係る定着装置において、本実施形態に係る定着部材は、加熱ベルト(定着部材の一例)として適用される。
定着ベルトモジュール86は、例えば、加熱ベルト84の外側に配置されてその周回経路を規定する支持ロール92と、加熱押圧ロール89から支持ロール90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と、加熱ベルト84(定着ベルトモジュール86)と加圧ロール88とが接触する領域である挟込領域Nの下流側において加熱ベルト84を内周面から張力を付与する支持ロール98とが設けられている。
摺動部材82は、例えば、その摺動面が加熱ベルト84の内周面と接するように設けられており、加熱ベルト84との間に存在する潤滑剤の保持・供給に関与する。
ここで、摺動部材82は、例えば、その両端が支持部材96により支持された状態で設けられている。
支持ロール90の両端部には、例えば、加熱ベルト84を外側に押圧するバネ部材(不図示)が配設されている。
支持ロール92の離型層は、例えば、加熱ベルト84の外周面からのトナーや紙粉が支持ロール92に堆積するのを防止するために形成されるものである。
支持ロール92の内部には、例えば、ハロゲンヒータ92A(加熱源の一例)が配設されており、加熱ベルト84を外周面側から加熱するようになっている。
姿勢矯正ロール94には、例えば、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、加熱ベルト84の蛇行を制御するように構成されている。
次に、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
本実施形態の画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、帯電された像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を備える。そして、定着手段として、本実施形態に係る定着装置が適用される。
図4は、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示した概略構成図である。
本実施形態に係る画像形成装置では、図示しない画像読取装置や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置により画像処理が施された後、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。
<実施例1>
耐熱性繊維を含む最内層として、ポリイミドワニス(商品名:KX−R、ユニチカ社製)に、ポリイミド繊維(商品名:P84、東洋紡社製、直径10μm、長さ3mm)を、固形分で50質量%となるように配合し、プラネタリーミキサーにて混合撹拌した。φ168(外径168mm)アルミ金型上に、ポリイミド繊維を配合したポリイミドワニスを固形分の厚さが5μmになるように、ブレード塗布法により塗布した。
続けて、塗布して得た最内層となる塗膜上に、基材として、ポリイミドワニス(商品名:KX−R、ユニチカ社製)を固形分の厚さが70μmとなるように、ブレード塗布法により塗布した。次いで、130℃、20分間の条件で乾燥した後、最高温度320℃、20分間の条件で焼成した。冷却後、金型から脱型して、ポリイミド繊維を含む最内層と、ポリイミド樹脂の基材を得た。
このポリイミド樹脂の基材上に、付加硬化液状シリコーンゴムを、ブレード塗布法により厚さが300μmとなるように塗布し、120℃、20分間の条件で1次焼成を行った後、内面接着処理済みのPFAチューブを被覆した。その後、200℃、4時間の条件で2次焼成し、実施例1の定着ベルトを得た。
耐熱性繊維の直径と長さ、材質、及び最内層の厚さを下記の表1に記載した内容に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜11の定着ベルトを得た。
なお、表1中の「PI」は、ポリイミド繊維、及び「PPS」は、ポリフェニレンサルファイド繊維(商品名:プロコン、東洋紡社製)である。
ブラスト加工によって表面を粗面化したφ168(外径168mm)アルミ金型上に、ポリイミドワニス(商品名:KX−R、ユニチカ社製)を固形分の厚さが80μmとなるように、ブレード塗布法により塗布した。130℃、20分間の条件で乾燥後、最高温度320℃、20分間の条件で焼成し、冷却後に金型から脱型して、粗面化したポリイミド樹脂の基材(1)を得た。基材として、この粗面化したポリイミド樹脂の基材(1)を用いること、及び耐熱性繊維を含む最内層を形成しないことに変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例1の定着ベルトを得た。
切削加工によって表面を粗面化したφ168(外径168mm)アルミ金型上に、ポリイミドワニス(商品名:KX−R、ユニチカ社製)を固形分の厚さが80μmとなるように、ブレード塗布法により塗布した。130℃、20分間の条件で乾燥後、最高温度320℃、20分間の条件で焼成し、冷却後に金型から脱型して、粗面化したポリイミド樹脂の基材(2)を得た。基材として、この粗面化したポリイミド樹脂の基材(2)を用いること、及び耐熱性繊維を含む最内層を形成しないことに変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例2の定着ベルトを得た。
加熱ベルトとして、各例で得られた定着ベルトを富士ゼロックス社製の画像形成装置(ColorPress1000)の定着装置に装着した。この画像形成装置により、J紙(富士ゼロックス社製)を用いて、100万枚の画像を出力し、走行試験を行った。走行試験終了後、定着ベルトの内周面の潤滑剤の保持状態を観察した。
なお、定着温度として、定着ベルトの内周面の温度を測定し、210℃以上215℃以下の範囲になるように制御した。
A(◎):100万枚の画像を出力させるまで、定着ベルトの走行制御不良は発生しなかった。走行試験終了後、定着ベルト内周面の潤滑剤の保持量は維持していた。
B(○):100万枚の画像を出力させるまで、定着ベルトの走行制御不良は発生しなかった。走行試験終了後、定着ベルト内周面の潤滑剤の保持量は減少していた。
C(×):100万枚の画像を出力させまでに、定着ベルト走行制御不良が発生した。走行試験終了後、定着ベルト内周面の潤滑剤は枯渇していた。
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
64a 前挟込部材
64b 剥離挟込部材
65 保持部材
66 ハロゲンランプ
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
88 加圧ロール
89A ハロゲンヒータ
89 加熱押圧ロール
90A ハロゲンヒータ
90 支持ロール
92A ハロゲンヒータ
92 支持ロール
94 姿勢矯正ロール
96 支持部材
98 支持ロール
100 画像形成装置
110 定着部材
110A 基材
110B 最内層
110C 弾性層
110D 表面層
Claims (7)
- 環状の基材と、
前記環状の基材の内周面側に設けられた最内層であって、直径が0.5μm以上20μm以下であり、長さが1mm以上100mm以下であり、ポリイミド繊維及びポリフェニレンサルファイド繊維から選ばれる少なくとも1種である耐熱性繊維を含有し、内周面に凹凸構造が形成された最内層と、
を有する定着部材。 - 前記最内層の内周面の算術平均粗さ(Ra)が、0.1μm以上0.5μm以下である請求項1に記載の定着部材。
- 前記耐熱性繊維の直径が、1μm以上10μm以下であり、前記耐熱性繊維の長さが、3mm以上30mm以下である請求項1又は請求項2に記載の定着部材。
- 前記最内層の厚さが、5μm以上20μm以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の定着部材。
- 前記耐熱性繊維が、ポリイミド繊維である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の定着部材。
- 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、を備え、
前記第1回転体及び前記第2回転体の少なくとも一方が、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の定着部材である定着装置。 - 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
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手段と、
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手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着手段であって、請求項6に記載の定着装置である定着手段と、
を備える画像形成装置。
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