JP6981129B2 - 定着部材、定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents
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基材と、
基材上に設けられたシリコーンゴムを含む弾性層と、
前記弾性層上に設けられたエポキシ基を有するシランカップリング剤を含有する組成物の硬化物である接着層と、
前記接着層上に設けられたフッ素樹脂を含む表面層であって、内面に親水性官能基を有する表面層と、
を備える定着部材。
前記親水性官能基が、水酸基、カルボキシ基、カルボニル基、アミノ基、およびスルホ基からなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基である<1>に記載の定着部材。
<3>
前記親水性官能基が、水酸基およびカルボキシ基のうちの少なくとも一つの官能基である<2>に記載の定着部材。
<4>
前記表面層の内面に、粒径0.5μm以上のカーボン粒子が、0.1mm2当たり、0個以上200個以下で存在している<1>〜<3>のいずれか1項に記載の定着部材。
<5>
前記表面層の内面に、粒径0.5μm以上のカーボン粒子が、0.1mm2当たり、10個以上200個以下で存在している<4>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、<1>〜<5>のいずれか1項に記載の定着部材である定着装置。
<7>
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、<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。
<4>、<5>に係る発明によれば、表面層が弾性層上に直接設けられている場合に比べ、粒径0.5μm以上のカーボン粒子が、0.1mm2当たり、0個以上200個以下であり、弾性層と離型層との接着性が向上している定着部材が提供される。
<6>、<7>に係る発明によれば、フッ素樹脂を含む表面層とシリコーンゴムを含む弾性層とを有する定着部材において、表面層が弾性層上に直接設けられている定着部材を備えた場合に比べ、弾性層と離型層との接着性が向上している定着部材を備えた定着装置、又は画像形成装置が提供される。
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。
また、シリコーンゴムを含む弾性層110Bとフッ素樹脂を含む表面層110Dとを接着するときに、膜厚の厚い、未硬化の状態のシリコーン系接着剤の上に、表面層110Dを重ねて接着させようとすると、表面層110Dに、しわ及びうねりの現象が発生する場合があった。これに対し、本実施形態に係る定着部材では、膜厚の厚いシリコーン系接着剤を使用しないため、シリコーン系接着剤を未硬化の状態で接着させる場合に比べ、しわ及びうねりの発生も抑制される。
本実施形態に係る定着部材は、ロール状であってもよいし、ベルト状であってもよい。
定着部材がロール状の場合、基材としては、例えば、金属(アルミ、SUS、鉄、銅等)、合金、セラミックス、FRM(繊維強化メタル)等で構成された円筒体が挙げられる。
定着部材がロール状の場合、基材の外径及び肉厚は、例えば、外径10mm以上50mm以下であることがよく、例えば、アルミニウム製の場合は厚さ0.5mm以上4mm以下、SUS(ステンレス鋼)製又は鉄製の場合は厚さ0.1mm以上2mm以下である。
なお、樹脂ベルトには導電性粉体などを添加分散して、体積抵抗率が制御されていてもよい。具体的には、樹脂ベルトとしては、例えば、カーボンブラックを添加・分散して、体積抵抗率を制御したポリイミドベルトが挙げられる。また、樹脂ベルトとしては、例えば、長尺のポリイミドシートの両端部をパズル上に組合せ、熱圧着部材を用いて熱圧着し、ベルト状に仕立てたものも挙げられる。
耐熱性弾性材料としては、例えば、シリコーンゴムを含む。
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。
弾性層と表面層との間には、両層の接着性を向上させる観点で接着層が形成される。接着層は、接着剤として、エポキシ基を有するシランカップリング剤を用いて形成させた層である。すなわち、接着層は、エポキシ基を有するシランカップリング剤を含有する組成物の硬化物の層である。
エポキシ基を有するシランカップリング剤としては、具体的には、例えば、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。エポキシ基を有するシランカップリング剤の市販品としては、KBM−303、KBM−402、KBM−403、KBE−402、KBE−403(いずれも、信越化学工業社製)等が挙げられる。
表面層は、例えば、耐熱性離型材料(表面層形成用材料)を含んで構成される。
耐熱性離型材料としては、フッ素ゴム、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
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。フッ素樹脂を含む表面層は、薄膜化するとシワを発生し易いが、本実施形態では、当該表面層のシワが抑制される。
このような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。
なお、表面層の内面の濡れ指数は、JIS K6768(1999)に準じて測定する。
定着部材の製造方法としては、例えば、基材上に、弾性層を形成する工程と、弾性層上に、エポキシ基を有するシランカップリング剤を含む接着剤により接着層を形成する工程と、表面層形成用材料の内面を表面処理することにより、表面層形成用材料の内面に親水性官能基を形成する工程と、接着層上に表面層形成用材料の内面を重ねて接着させ、表面層を形成する工程と、を有する。
次に、準備した基材上に、例えば、シリコーンゴム組成物の弾性層形成用塗布液を、公知の方法により塗布して、弾性層を形成する。この弾性層の上に、エポキシ基を有するシランカップリング剤を含む接着剤を塗布することにより接着層を形成する。エポキシ基を有するシランカップリング剤の塗布は特に限定されず、公知の方法で塗布すればよい。
なお、エキシマレーザ処理を行う場合の条件としては、例えば、総照射量として、0.1J/cm2以上0.8J/cm2以下の範囲が挙げられる。また、1ショットあたりの照射量およびショット数は、総照射量が上記範囲内であれば限定されないが、例えば、20mJ/cm2/1ショット以上600mJ/cm2/1ショット以下が挙げられる。また、ショット数は2回以上20回以下が挙げられる。
また、プラズマ処理を行う場合の条件としては、例えば、周波数5kHz以上50kHz以下、放電電圧5kV以上15kV以下の範囲が挙げられる。
以上の工程を経て、本実施形態に係る定着部材が得られる。
本実施形態に係る定着部材は、例えば、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実施形態に限られず、加熱ロール又は加熱ベルトと加圧ベルトとを備えた定着装置であってよい。そして、本実施形態に係る定着部材は、加熱ロール、加熱ベルト及び加圧ベルトのいずれにも適用され得る。
また、本実施形態に係る定着装置は、第1及び第2実施形態に限られず、第3実施形態のように、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、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との間に存在するオイルの保持・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。
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との間に存在するオイルの保持・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。
第3実施形態に係る定着装置について説明する。図4は、第3実施形態に係る定着装置の一例を示す概略図である。
図4に示すごとく、ベルト110の一部を加圧するよう加圧ロール(加圧部材)211が配置され、効率的に定着を行う観点で定着部材110と加圧ロール211との間に接触領域(ニップ)が形成され、ベルト110は加圧ロール211の周面に沿った形に湾曲している。また、記録媒体の剥離性を確保する観点で前記接触領域(ニップ)の末端においてベルトが屈曲する屈曲部が形成される。
なお、電磁誘導発熱装置212の位置は図4に示す位置に限定されず、例えば、ベルト110の接触領域に対して回転方向Bの上流側に設置されていてもよいし、ベルト110の内側に設置されていてもよい。
未定着トナー像214が形成された記録媒体215は、矢印A方向に、定着装置200におけるベルト110と加圧ロール211との接触領域(ニップ)に通され、未定着トナー像214が溶融状態として圧力が加えられて記録媒体215に定着される。
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5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。
−基材−
液体ホーニング装置(不二精機製LH−8TTHiS)を用い、管状のポリイミド(以降、PI)基材(径30mm×幅L400mm、膜厚60μm)の表面を粗面化処理(表面粗さRa=0.5μm以上1.0μm以下)した。ホーニング条件は砥粒#320、噴射圧0.3MPa、噴射距離100mm、処理時間1.5分で実施した。そして、粗面化されたPI基材の表面の砥粒をイオン交換水にて洗い流した後、圧縮エアでPI基材表面の水分を除去した。
次に、無電解銅めっき層(金属下地層)を形成した後、めっき治具両端に電極をセットし、硫酸銅めっき液により電解めっき処理を施し、厚み10μmの電解銅めっき層(金属発熱層)を形成した。
次に、めっき治具両端に電極をセットし、電解めっき液により電解ニッケルめっき処理を施し、厚み10μmの電解ニッケルめっき層(金属保護層)を形成した。
次に、No32(信越化学工業社製)をAB等量混合攪拌した液を用意し、ニッケル金属保護層表面にスパイラルコート装置を用いて塗布し、室温環境(25℃)で風乾(30分)焼成させ(170℃、20分)、膜厚0.2μmの接着膜を形成した。
このようにして、定着部材形成用の無端ベルトを得た。
次に、得られた無端ベルトの表面(外周面)に、スパイラルコート装置を用いて、シリコーンゴム(X34−2086、信越化学工業社製、ASK−C;52°)を塗布(膜厚200μm)し、一次加硫(120℃×20min)した。その後、シリコーンゴム表面に、エポキシ基含有シランカップリング剤(KBM303、信越化学工業社製)をウェス塗布し、30分間室温(25℃)にて風乾を行った。その後、内面をエキシマレーザにて処理したPFAチューブ(膜厚30μm)を被覆し、接着焼成(200℃、2h)を実施した。なお、PFAチューブの内面には親水性官能基が形成される。
こうして、無端ベルトの表面(外周面)に弾性層、接着層、および離型層を順次形成し、実施例1の定着ベルトを作製した。
なお、エキシマレーザによる処理条件は、以下のようにして行った。
アントラキノンカルボン酸の1質量%水溶液に、「サーフロン(登録商標)S−132」(セイミケミカル株式会社製市販品;パーフルオロアルキルベタイン)を1質量%の濃度で添加した後、(トリフェニルシリル)アセチレンを1質量%の濃度で分散させることによって前処理液を調製した。該前処理液をPFA製フィルム(厚さ:30μm)の表面上に塗布し(塗布厚:5μm)、約30分間自然乾燥させた塗膜にKrFエキシマレーザ光を照射した(照射量:0.6J/cm2)。
弾性層材料をX34−1053(信越化学工業社製、ASK−C;30°)としたこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
PFAチューブの内面の処理を、大気圧プラズマ処理で行ったこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。なお、大気圧プラズマ処理による処理条件は、以下のようにして行った。
放電電極の印加電圧は10kV、周波数は18kHz、Arガスとビニルトリメトキシシランの混合ガス流量は1L/minとした。シランはバブリングにより気化されて励起ガスに混合された。押出温度は390℃、引取速度は2m/min(プラズマ処理時間10秒)に設定され、外径30mm、肉厚30μmのフッ素樹脂チューブが成形された。
エポキシ基含有シランカップリング剤を(KBM402、信越化学工業社製)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した(実施例4)。また、エポキシ基含有シランカップリング剤を(KBM403、信越化学工業社製)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した(実施例5)
エキシマレーザによる処理条件を下記のように変更した以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
エキシマレーザの処理条件を、KrFエキシマレーザ光の照射量を0.2J/cm2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。
弾性層表面に、エポキシ基含有シランカップリング剤を塗布しないこと(接着層なし)以外は実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
PFAチューブの内面の処理を、大気圧プラズマ処理し、さらに、弾性層表面に、エポキシ基含有シランカップリング剤を塗布しないこと(接着層なし)以外は実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
エポキシ基含有シランカップリング剤に変えて、エポキシ基を含有しないシランカップリング剤(KBM503、信越化学工業社製)を塗布したこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
エポキシ基含有シランカップリング剤に変えて、シリコーン系接着剤SE1714、東レ・ダウコーニング社製)を塗布し、未硬化のシリコーン系接着剤上に、内面を処理しないPFAチューブを被覆し、接着焼成(200℃、2h)したこと以外は、実施例1と同様にして定着ベルトを作製した。
(剥離試験)
実施例、比較例で得た各々の定着ベルトについて、定着ベルトに20mm幅に切込みを入れ、剥離試験(つかみしろを20mm形成し、ベルト表面より90°方向に剥離試験を行い、剥離面を観察する。)を行い、下記評価基準で接着性の評価を行った。
−評価基準−
A(○):弾性層で凝集破壊する
B(△):剥離面でPFAと弾性層かんで界面剥離する箇所が面積比で40%以上99%以下である。
C(×):剥離面でPFAと弾性層間で全面界面剥離(100%)する
実施例、比較例で得た各々の定着ベルトについて、表面層の表面を目視にて観察し、下記評価基準にて評価を行った。
A(○):しわ・うねりの発生が認めらない
B(×):しわ・うねりの発生が認められる
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
200 定着装置
211 加圧ロール
212 電磁誘導発熱装置
100 画像形成装置
110 定着部材
110A 基材
110B 弾性層
110C 接着層
110D 表面層
Claims (7)
- 基材と、
基材上に設けられたシリコーンゴムを含む弾性層と、
前記弾性層上に設けられたエポキシ基を有するシランカップリング剤を含有する組成物の硬化物である接着層と、
前記接着層上に設けられたフッ素樹脂を含む表面層であって、内面に親水性官能基を有する表面層と、
を備え、
前記表面層の内面の濡れ指数が34mN/m以上39mN/m以下である定着部材。 - 前記親水性官能基が、水酸基、カルボキシ基、カルボニル基、アミノ基、およびスルホ基からなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基である請求項1に記載の定着部材。
- 前記親水性官能基が、水酸基およびカルボキシ基のうちの少なくとも一つの官能基である請求項2に記載の定着部材。
- 前記表面層の内面に、粒径0.5μm以上のカーボン粒子が、0.1mm2当たり、0個以上200個以下で存在している請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の定着部材。
- 前記表面層の内面に、粒径0.5μm以上のカーボン粒子が、0.1mm2当たり、10個以上200個以下で存在している請求項4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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