JP2003280434A - 定着用部材評価方法並びに定着ベルトおよび加熱定着ローラ - Google Patents
定着用部材評価方法並びに定着ベルトおよび加熱定着ローラInfo
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Abstract
および弾力性に優れているか否かを簡単に評価できる評
価方法を提供する。 【解決手段】 基材21の上に弾性層22および離型層
23が積層され定着ベルト20に対して、離型層23表
面側から深さ1μm乃至4μmにおけるユニバーサル硬
さ試験を行って、深さ1μmにおけるユニバーサル硬さ
HUが、HU≦30[N/mm2]であり、深さ4μm
におけるユニバーサル硬さHUが、HU≦12[N/m
m2]であれば、定着ベルト20は合格品であると評価
する。
Description
用いられる定着ベルトや加熱定着ローラを評価するため
の定着用部材評価方法、並びに定着ベルトおよび加熱定
着ローラに関する。
スの模式図である。この模式図は白黒画像の画像作成プ
ロセスを示しており、フルカラー画像の画像作成プロセ
スでは、赤(マゼンタ)、青(シアン)、黄(イエロ
ー)、および黒(ブラック)の4色について各現像器と
4色を重ね合わせる機構とが設けられている。
ンタは回転する感光体ドラム1を有し、この感光体ドラ
ム1の感光層を帯電装置2を用いて一様に帯電させた
後、レーザ走査ユニットからのレーザビーム3によって
露光し、さらに現像装置4において感光体ドラム1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
トナー像を転写ローラ5と協働して記録紙6上に転写す
る。なお、図18において、7はパワーパック、8は表
面電位計、9はクリーニング装置である。
熱定着させる熱定着装置について説明する。従来から、
白黒画像のトナー(ブラックトナーのみ)を熱定着させ
る装置として、図18の左側上部に示すようなローラ方
式の熱定着装置10が知られている。この熱定着装置1
0は、加熱定着ローラ11と、この加熱定着ローラ11
に平行に配置され記録紙6を加熱定着ローラ11との間
で挟持する加圧ローラ12とを備えている。加熱定着ロ
ーラ11はアルミニウムなどの中空円筒体からなる芯金
を有し、その芯金の外周面にはトナーの粘着を防止する
ためのフッ素樹脂層などからなる粘着防止層が設けられ
ている。また、加熱定着ローラ11には芯金の中空部に
中心線に沿ってハロゲンランプ(図示省略)などのヒー
タが設置され、そのヒータの輻射熱によってローラ本体
が内側から加熱されている。そして、加熱定着ローラ1
1と加圧ローラ12との間に記録紙6を通すことによ
り、記録紙6上のトナーは加熱定着ローラ11の熱によ
って軟化(溶融)し、さらに加圧ローラ12の加圧によ
って記録紙6上に定着される。
着ローラはトナー離型性には優れているが、柔軟性およ
び弾力性に劣り、このため、光沢を必要とするフルカラ
ー複写機や、フルカラーレーザープリンターに対応する
ことができない。これら光沢画像のフルカラー複写機、
レーザープリンターでは、特開平10−198201号
公報に記載されているように、4色のカラートナーが用
いられ、カラー画像の定着時には、これらのカラートナ
ーを溶融状態で混合する必要があり、トナーを低融点化
して溶融しやすくするとともに、加熱定着ローラ表面で
複数種のカラートナーを包み込むようにして、溶融状態
で均一に混合させなければならない。このため、加熱定
着ローラには、その表面が適度な柔軟性および弾力性を
有することが重要な特性の一つとなっている。
ト方式の熱定着装置15も知られている。この熱定着装
置15は、定着ローラ16と加熱ローラ17間にフィル
ム状の定着ベルト18が巻き回され、また定着ローラに
平行に加圧ローラ19が配置されている。そして、定着
ベルト18は加熱ローラ17で加熱された後、定着ロー
ラ16と加圧ローラ19との間を通過する際に記録紙6
を加熱し、これによって、記録紙6上のトナー像が定着
される。
フッ素ゴム等のゴム弾性層で形成されているので、柔軟
性および弾力性は優れているが、トナー離型性が不足し
ているためにトナーオフセット現象が発生しやすい。
を設け、その上にフッ素樹脂等の離型材料を被覆させた
定着ベルトや加熱定着ローラが提案されている。
来の技術のようにゴム弾性層の上にフッ素樹脂等の離型
層を被覆すると、定着ベルトや加熱定着ローラとしての
重要な特性の一つである、表面の適度な柔軟性および弾
力性が低下する問題がある。
ベルトや加熱定着ローラを用いてトナーを定着させる
と、画像に梨地(画像ムラ)が生じたり、またOHPシ
ート上の画像では光の透過性が悪くなる。
な柔軟性および弾力性を持っているか否かを容易に知る
ことができれば、上記のような不具合は発生しない筈で
あるが、従来では、基材や弾性層の影響を考慮して離型
層の硬さを総合的に評価する方法がなかった。
よび弾力性に優れているか否かを簡単に評価できる定着
用部品評価方法、並びにトナー離型性、柔軟性、弾力性
に優れた定着ベルトおよび加熱定着ローラを提供するこ
とにある。
に、請求項1に記載の発明は、基材の上に弾性層および
離型層が積層されトナー定着に用いられる定着用部材に
対して、前記離型層表面側から深さ1μm乃至4μmに
おけるユニバーサル硬さ試験を行って、深さ1μmにお
けるユニバーサル硬さHUが、HU≦30[N/m
m2]であり、深さ4μmにおけるユニバーサル硬さH
Uが、HU≦12[N/mm2]であれば、前記定着用
部材は合格品であると評価することを特徴としている。
上に現像されたトナー像を画像ムラが生じないように定
着させることについて、色々と検討した結果、ドイツ規
格DIN50359−1(この規格は材料特性をより詳
細に記述できる)で規定されるユニバーサル硬さHUを
用いて、定着用部材の表面硬度を評価することが最適な
方法であること判明した。具体的には、離型層表面から
の押し込み深さ1μm乃至4μmのときのユニバーサル
硬さHUを測定して、例えば、深さ1μmのときはHU
≦30[N/mm2]で、深さ4μmのときはHU≦1
2[N/mm2]であれば、定着用部材として合格品で
あると言える。
ように、試験環境温度25℃の下で行われる。
試験環境温度200℃の下で行うこともできる。すなわ
ち、請求項3に記載の発明は、基材の上に弾性層および
離型層が積層されトナー定着に用いられる定着用部材に
対して、試験環境温度200℃の下で、前記離型層表面
側から深さ1μm乃至4μmにおけるユニバーサル硬さ
試験を行って、深さ1μmにおけるユニバーサル硬さH
Uが、HU≦10[N/mm2]であり、深さ4μmに
おけるユニバーサル硬さHUが、HU≦4[N/m
m2]であれば、前記定着用部材は合格品であると評価
することを特徴としている。
において、前記弾性層は、シリコーンゴムで形成されて
いることを特徴としている。
において、前記離型層は、四フッ化エチレン樹脂(PT
FE)、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニル
エーテル共重合体樹脂(PFA)、および四フッ化エチ
レン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂(FEP)のう
ちの、少なくとも一つを成分として含んでいることを特
徴としている。
において、前記定着用部材は、定着ベルトまたは加熱定
着ローラであることを特徴としている。
ての発明である。すなわち、請求項7に記載の発明は、
基材の上に弾性層および離型層が積層された定着ベルト
において、試験環境温度25℃の下で測定したときに、
前記離型層表面側から深さ1μmにおけるユニバーサル
硬さHUが、HU≦30[N/mm2]であり、深さ4
μmにおけるユニバーサル硬さHUが、HU≦12[N
/mm2]であることを特徴としている。
層および離型層が積層された定着ベルトにおいて、試験
環境温度200℃の下で測定したとき、前記離型層表面
側から深さ1μmにおけるユニバーサル硬さHUが、H
U≦10[N/mm2]であり、深さ4μmにおけるユ
ニバーサル硬さHUが、HU≦4[N/mm2]である
ことを特徴としている。
において、前記弾性層は、シリコーンゴムで形成されて
いることを特徴としている。
8において、前記離型層は、四フッ化エチレン樹脂(P
TFE)、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニ
ルエーテル共重合体樹脂(PFA)、および四フッ化エ
チレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂(FEP)の
うちの、少なくとも一つを成分として含んでいることを
特徴としている。
についての発明である。すなわち、請求項11に記載の
発明は、基材の上に弾性層および離型層が積層された加
熱定着ローラにおいて、試験環境温度25℃の下で測定
したとき、前記離型層表面側から深さ1μmにおけるユ
ニバーサル硬さHUが、HU≦30[N/mm2]であ
り、深さ4μmにおけるユニバーサル硬さHUが、HU
≦12[N/mm2]であることを特徴としている。
性層および離型層が積層された加熱定着ローラにおい
て、試験環境温度200℃の下で測定したとき、前記離
型層表面側から深さ1μmにおけるユニバーサル硬さH
Uが、HU≦10[N/mm2]であり、深さ4μmに
おけるユニバーサル硬さHUが、HU≦4[N/m
m2]であることを特徴としている。
は12において、前記弾性層は、シリコーンゴムで形成
されていることを特徴としている。
は12において、前記離型層は、四フッ化エチレン樹脂
(PTFE)、四フッ化エチレン・パーフロロアルキル
ビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)、および四フッ
化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂(FE
P)のうちの、少なくとも一つを成分として含んでいる
ことを特徴としている。
発明で、請求項7〜10のいずれか1項に記載の定着ベ
ルト、または請求項11〜14のいずれか1項に記載の
加熱定着ローラを搭載したことを特徴としている。
の発明で、請求項7〜10のいずれか1項に記載の定着
ベルト、または請求項11〜14のいずれか1項に記載
の加熱定着ローラを搭載したことを特徴としている。
に従って説明する。図1は、本発明に係る定着ベルト2
0を示しており、(a)はその断面図、(b)は(a)
のA部の拡大断面図である。図に示すように、本定着ベ
ルト20は、ベルト基材21、弾性層22、および離型
層23からなっている。
耐熱性材料としては、SUS、ニッケル等の金属材料、
もしくはポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素樹脂等
の耐熱性樹脂が用いられる。金属材料の場合は、ベルト
の撓みを考慮して、基材21の膜厚は100μm以下で
あることが望ましい。耐熱性樹脂の場合には、熱容量
(立ち上がり時間短縮から、薄い方が有利である)、強
度(厚い方が有利である)の点から、基材21の膜厚は
30〜200μmであることが望ましい。
得るために設けられ、この弾性層22を設けることによ
り、ベルト表面が柔軟になる。また、定着時の温度(2
00℃以下)での耐熱性から、弾性層22の材質として
は、シリコーンゴムが用いられる。弾性層の膜厚は20
0μm位が望ましい。
フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四フッ化エチレン・
パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PF
A)、および四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共
重合体樹脂(FEP)などフッ素系樹脂、もしくはこれ
らの樹脂の混合物、耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を
分散させたものが挙げられる。離型層の膜厚は20μm
位が望ましい。
リコーンオイル等を使用しなくてもトナー離型性、紙粉
固着防止が可能になる(オイルレス化)。しかし、これ
らの離型性を有する樹脂は一般的にはゴム材料のような
弾性を持たないことから、弾性層22上に厚く離型層2
3を形成させると、光沢ムラが発生する恐れがある。つ
まり光沢ムラ防止とトナー及び紙粉に対する離型性確保
を両立させるためには、弾性層22の柔軟性を損なわな
いような離型層23の形成が必要となる。このために
は、離型層23の材料がなるべく柔軟であること、膜厚
が薄いことであることが必要である。
型層23の3層からなる定着ベルトの課題としては、表
面状態の適正化および特性値化が挙げられる。ベルトの
表面は、未定着トナー画像と接触し、そのトナーに熱を
与え、加圧することで記録紙上へ定着させるのである
が、ベルト表面に凹凸がある場合、その山部分と谷部分
の接触状態は違うものとなる。この接触状態の違いは、
当然、熱の伝達やトナーへの圧力の違いに現れ、結果と
して、光沢ムラとなって現れる。弾性層22は、この
山、谷の接触状態の違いを、弾性により小さくする効果
がある。
性と定着特性に及ぼす影響について、図2を用いて説明
する。まず、画像均一性については、前述したように、
光沢(画像)のムラはベルト表面の凹凸(山谷)の接触
状態の違いにより発生すると考えられる。定着ローラと
加圧ローラで押圧されたときは、ベルト表面の弾性によ
り、山部はつぶされ、フラットな状態になろうとする
が、その弾性の大きさ、形状により、状態は違うものに
なる。ベルト表面の材質が同じ場合は、形状による効果
のみとなることから、山部は少なくかつ小さい方が、凹
凸による接触状態のばらつきは少なくなる。なお、光沢
(画像)が不均一な場合(光沢ムラ)は梨の表面のよう
に見えることから、梨地とも呼ばれている。
る。ここでの定着特性とは、離型性(定着温度幅=ホッ
トオフセット温度−コールドオフセット温度)を意味す
る。つまり、ベルトの表面状態により、定着温度幅がど
のように変化するかである。コールドオフセットは一般
的にトナーが記録紙に十分に定着されない状態であり、
トナーの溶融不足(定着温度が低い)、ベルト−記録紙
間の加圧力不足に起因する。
表面粗さがある。一般的に用いられる特性値としては、
中心線平均粗さRa、十点平均粗さRzなどである。R
a,Rzが大きい場合は、谷部でトナーに対する熱伝
達、および加圧力が低くなり、コールドオフセットを引
き起こす可能性が高くなる。
たトナーが付着、残留する現象であり、トナーの凝集力
よりも、ベルトとトナー間の付着力が大きくなると発生
する。ベルト表面材料が同じ場合には、トナーとの接触
面積が大きい方が、ベルトとトナーの付着力が大きくな
る。
方法について説明する。表面のもう一つの重要な特性で
ある表面硬さについては、従来技術でも述べたように、
フルカラー定着装置の主要な画質特性である光沢(画
像)均一性、OHPシート画像透光性と相関の高い特性
を見出すことが困難であり、安定した画質の再現が困難
という点があった。
50359−1で定義されるユニバーサル硬さHUを用
いて、ベルトの表面固さと画像品質との相関を検討し
た。検討の結果、「表面からの押しこみ深さを一定にし
た際のHU」と、「光沢(画像)均一性(梨地)」との
相関が高いことが判明した。
説明する。従来、微小な表面硬さの測定は、マイクロビ
ッカース法のように、圧子を材料表面に押し込み、除荷
後の残留くぼみを顕微鏡で測定し硬さを求めるものであ
った。これに対し、ユニバーサル硬さ測定法は、圧子に
荷重をかけている状態で、くぼみの押し込み深さを直読
し、硬さを求めるものである。この際、1点の押し込み
深さだけでなく、設定した荷重まで徐々に荷重を増加さ
せ、増加する試験荷重ごとの押し込み深さを測定する。
よって、圧子進入の痕跡が残りにくい弾性体の微小表面
硬さ、不均一質的な表面層の硬さも測定可能となる。
以下の2点がある。 ・試験片の膜厚については、押しこみ深さの10倍以上
必要である。 ・測定不確実性を10%以下とする場合には、押し込み
深さは試験片表面の表面粗さRaの20倍以上必要であ
る。
1〜0.2μm程度であり、この場合には押し込み深さ
は2〜4μm以上必要であるが、研磨等の平滑化を施す
ことにより、押しこみ深さの最低値は下げることができ
る。
られる。 HU = F/S = F/26.43h2[N/mm2] ここで、F:試験荷重[N] S:試験荷重下での圧子の表面積[mm2] h:試験荷重下での押し込み深さ[mm] である。また、圧子は四角錐の対面角度136°のダイ
ヤモンド圧子(ビッカース圧子)である。
200℃の下で、離型層23表面側から深さ1μm乃至
4μmにおけるユニバーサル硬さ試験を行って、深さ1
μmにおけるユニバーサル硬さHUが、HU≦30[N
/mm2]であり、深さ4μmにおけるユニバーサル硬
さHUが、HU≦12[N/mm2]であれば、定着用
部材は合格品であると評価する。
00℃の下で、離型層23表面側から深さ1μm乃至4
μmにおけるユニバーサル硬さ試験を行って、深さ1μ
mにおけるユニバーサル硬さHUが、HU≦10[N/
mm2]であり、深さ4μmにおけるユニバーサル硬さ
HUが、HU≦4[N/mm2]であれば、定着用部材
は合格品であると評価する。
て説明してきたが、本発明は、芯金つまり基材の上に、
弾性層、離型層が積層された構造の加熱定着ローラにも
適用できる。
影響についての試験を行った。記録紙上に未定着画像を
形成させ、下記の条件で加熱定着装置により記録紙上に
定着させた。この際、表面のユニバーサル硬さが異なる
定着ベルトを用い、定着後の梨地画像(光沢ムラ)との
対応をとった。 評価画像(未定着画像) トナー:マゼンタ色 付着量:0.8〜0.9mg/cm2 紙種:T6200(62kg紙)
ルカラー熱定着装置について説明する。本熱定着装置に
は、図3に示すように定着ベルト20が用いられてい
る。定着ベルト20は、加熱ローラ31と定着ローラ3
2間に巻き回しされて、適当なテンション(テンション
を掛けるための機構は図示省略)が掛けられている。ま
た、定着ローラ32に平行に加圧ローラ33が配置さ
れ、定着ローラ32に巻き回しされた定着ベルトは、加
圧ローラ33によって定着ローラ32側に圧接されてい
る(圧接機構は図示省略)。
圧接する方式は、図3(a)と図3(b)のように大き
く分けて2つある。図3(a)の方式(リコー社製:im
agiocolor 3100等)は、ニップ部が加圧ローラ33と定
着ローラ32により(定着ベルトを介して)形成される
のみである。これに対して、図3(b)の方式(リコー
社製:ipsio color 8000等)は、加圧ローラ33と定着
ローラ32から成るニップ部の他に、その前部側にベル
トが這い回ることで形成されるニップ部を有する。この
違いにより、立ち上がり時間、搬送性、紙分離性などに
違いが発生するが、本実施例では定着ベルトの検討を目
的としたことから、定着方式を図3(a)の方式に固定
し、ベルトによる画像品質への影響を調査した。
部には、加熱のためのハロゲンランプ34が設置されて
いる。このハロゲンランプ34は、定着温度、線速、立
ち上がり時間、およびベルト表面温度バラツキの仕様
(規格)により、本数、消費電力が調整される。一般的
には、図3(a)の方式では、加熱ローラ31、定着ロ
ーラ32、および加圧ローラ33の全てにハロゲンラン
プ34が設置され、図3(b)の方式では、加熱ローラ
31および加圧ローラ33にハロゲンランプ34が設置
される。
+FLC30μmゴム硬さ62.5Hs(アスカーC) 加圧ローラ:φ40mm、シリコーンゴム弾性層2mm
+PFAチューブ50μm、ゴム硬さ72Hs(アスカ
ーC) ニップ圧力:片側45kgf 線速:200mm/s ユニバーサル硬さ試験機:フィッシャースコープ H−
100 試験荷重:0.4mN〜1000mN(今回は〜300
mNで測定)
ク評価を行った(各ランクの中間は0.5とする)。 ランク5:顕著な梨地状ムラ無し 合格レベル ランク4:ランク3とランク5の中間 合格レベル ランク3:部分的に梨地状のムラが発生 合格レベル ランク2:ランク1とランク3の中間 不合格レベル ランク1:画像全体にわたって梨地状ムラが発生 不合格レベル
画像でより顕著となることが知られている。前述した定
着条件で、定着温度160〜170℃の際に、光沢5〜
8%(マゼンタ色:0.8〜0.9mg/cm2)となる
トナー(トナー1)、および、光沢度10〜15%(マ
ゼンタ色:0.8〜0.9mg/cm2)となるトナー
(トナー2)を使用し、画像の光沢を変化させ、ユニバ
ーサル硬さとの関係を調査した。
クの関係を示す。その結果をまとめると、以下の(1)
〜(4)式で示す範囲にあれば、良好な光沢均一性(ラ
ンク3以上)の画質を得ることができた。
からの深さ1μmにおけるユニバーサル硬さHU1、お
よび離型層表面からの深さ4μmにおけるユニバーサル
硬さHU2は、 HU1≦30 [N/mm2] (1) HU2≦12 [N/mm2] (2)
面からの深さ1μmにおけるユニバーサル硬さHU3、
および離型層表面からの深さ4μmにおけるユニバーサ
ル硬さHU4は、 HU3≦10 [N/mm2] (3) HU4≦ 4 [N/mm2] (4)
度が25℃または200℃の場合は、押し込み深さ1μ
m〜4μmの範囲内の任意の押しこみ深さにおけるユニ
バーサル硬さが予測できる。また、押し込み深さが1μ
mまたは4μmの場合は、任意の試験環境温度(樹脂が
分解するような温度は除く)におけるユニバーサル硬さ
が予測できる。
μmを選択した理由について説明する。従来技術でも述
べたように、ベルト(部材)の硬さと光沢の均一性につ
いては、明確な特性値化が行われていない。特に、光沢
の均一性に影響を及ぼすものが、基材の撓みまでを含め
たベルト全体の柔軟性なのか、もしくはベルトの最も外
側の、極表面の柔軟性なのか、という点である。極表面
の硬さを測定する場合には、離型層の最低膜厚は10μ
m程度であることから、前述した測定上の膜厚制限か
ら、押し込み深さは1μm以下であることが必要であ
る。ベルトを積層体(基材+弾性層+離型層)と考える
場合には、より深い押し込み深さでの測定が可能であ
り、例えば、基材50μm、弾性層200μm、離型層
30μmであれば、全体で280μmであることから、
28μmまでの押し込み深さが可能となる。本発明者
は、1〜20μmまでの押し込み深さでのユニバーサル
硬さと光沢均一性に相関があることを確認した。
別の意味を持つわけではない、例えば、この中間の2μ
mまたは3μmでも同じように、光沢均一性との相関が
得られる。ただし、この際使用したベルト(部材)を押
しこみ深さ1μm、4μmで測定した場合には、本実施
例で提示した範囲での硬さ−光沢均一性の関係が得られ
たということである。
00℃を選択した理由について説明する。ドイツ規格D
IN50359−1では測定温度を10〜35℃と規定
している。このことから本実施例では、25℃を測定温
度とした。また、今回使用した、フィッシャースコープ
H−100では測定温度を変化させることができるこ
とから、定着温度に近い200℃の環境下でも測定を行
い、光沢均一性との対応を見た。
よりも梨地画像に対する余裕度が高いことが分かる。つ
まり、画像の光沢度が増加すると光沢ムラ(梨地)が多
く出る傾向にある。これは、基本的に高光沢画像を得る
ためには、トナーを充分に溶融させ、粘度を低くさせた
上で、記録紙に定着させるが、この低粘度状態のトナー
は、より柔軟性の高い部材表面で押厚させることが必要
となることを示している。
さに及ぼす影響について検討した。ここでは、表1に示
すように、弾性層と離型層の材質や膜厚が異なる定着ベ
ルト(実験例1〜5、比較例1〜7)について、それら
のユニバーサル硬さ、耐久性および離型性を検討した。
m、90μmに形成 弾性層:シリコーンゴム、硬さ25°(JIS K 63
01)、膜厚 3水準(なし、200μm) 離型層:3水準の材料;PFA1(柔軟性が低い)、PF
A2(柔軟性が高い)、FEP、膜厚 10〜40μm
る。弾性層成膜工法としてブレード塗装(溶剤等による
希釈を行うことで、スプレー塗装、ディッピング塗装な
どでも作製可能)を用いた。また、本実施例では弾性層
材料としてシリコーンゴムを用いたが、このシリコーン
ゴムは連続使用した際の上限温度が200℃と耐熱性に
優れることが知られている。前述したように、弾性層に
用いられるゴム(エラストマー)材料としては、この他
に、フロロシリコーンゴム、フッ素ゴム等も挙げられる
が、スプレー塗装、ディッピング塗装、ブレード塗装、
および注型などの多様な加工が可能なのは現在のところ
シリコーンゴムだけであり、また、コストの面でもシリ
コーンゴムが最も安価である。その結果、弾性層材料と
しては、200μm程度の膜厚のものを、低バラツキで
且つ表面平滑性を高くするためには、シリコーンゴムが
現段階では最も適していることが分かった。
た。なお、ポリイミド樹脂基体−弾性層間および弾性層
−離型層間には、必要に応じてプライマーを使用しても
ベルト特性に大きな影響は与えない。
ていない比較例1〜4では、前述した均一光沢画像のた
めのユニバーサル硬さ値を満たしていないことが分か
る。
の増加で、ユニバーサル硬さ値は大きくなっている(硬
くなっている)ことが分かる。ユニバーサル硬さの原理
について前述したが、この測定法を本発明のような、樹
脂およびゴム材料からなる対象物に対して適用した場
合、「測定圧子の押しこみ深さ」=「表面に刺さった深
さ」+「表面が撓んだ深さ」となる。
合には、弾性層硬さ<離型層硬さであれば(一般的に成
り立つと考えられる)、離型層膜厚が薄くなることで、
弾性層の柔軟性がベルト表面(離型層表面)に現われや
すくなる、つまり、「表面が撓んだ深さが」大きくな
り、ユニバーサル硬さ値が小さくなったと考えられる。
る材質である。このフッ素樹脂の柔軟性(可撓性)の違
いについて説明する。離型層に使用される材料は一般的
にはフッ素樹脂が用いられるが、その種類の違い;FE
P、PFA、PTFE…、分子量の違い、フィラー添加
有無、および工法等により硬さが変化する。種類の違い
については、グレードによりその順序は前後するが、分
子量については一般的に高分子量になるほど硬くなる。
また、これらポリマーの違い以外にもフィラー添加によ
る影響がある。
めに、カーボンブラック、ウィスカ、シリカ、シリコー
ンカーバイト、マイカ等が用いられ、導電性付与のため
にカーボンブラック、金属酸化物等が用いられる。これ
らフィラー添加も一般的に材料を硬くする。
とした場合に、これら離型層の材料によってユニバーサ
ル硬さに違いが出てくる。PFA1はPFA2に比べ
て、膜厚の増加による梨地画像に対する余裕度が低い。
本試験結果からも、離型層は弾性層の柔軟性を伝えるた
めに、各離型層材料ごとに、その可撓性を考慮した膜厚
設定が必要となることが分かる。
(シリコーンゴム)が表面に露出した定着ベルトである
が、表面ユニバーサル硬さは非常に小さな値を持つ。し
かしながら、耐久性、離型性の点で不充分である。具体
的に耐久性の面では、連続通紙により、サーミスタ当接
部および記録紙エッジ部により、シリコーンゴム表面の
損傷が評価初期から発生する。離型性に関しても、フッ
素樹脂離型層を設けた場合と比較し、コールドオフセッ
ト−ホットオフセットの定着可能温度幅が狭く、特に薄
紙(45kg紙)を記録紙とした場合に顕著である。以
上のことから、弾性層の表面に離型層を形成させること
が必要であることが分かる。
合を回避するためには、定着ベルト表面に柔軟性が必要
であり、その特性値としてユニバーサル硬さを用いるこ
とが有効である。定着ベルト表面のユニバーサル硬さ
は、弾性層材質および膜厚、離型層の材質および膜厚に
より変化する。よって、これらの組み合わせを適当に
し、(1)〜(4)式に示したユニバーサル硬さの範囲
に入れることで、光沢(画像)の均一性が得られる。
るとおり、ゴム材料が表面に露出した場合は耐久性およ
び離型性の点で実使用上の不具合が発生することから、
PTFE、PFA、FEP、およびこれらの混合物から
成る離型層が必要である。
常に高いフッ素樹脂が開発されれば、基材+離型層でも
前述した範囲にユニバーサル硬さを収めることは可能と
なるが、現段階では、基材+弾性層+離型層から成る3
層構成が、光沢(画像)均一性、離型性および耐久性を
全て満たすことが分かる。
や膜厚が異なる定着ベルト(実験例6〜10)につい
て、試験環境温度25℃,60℃,100℃,150
℃,200℃の下で、押し込み深さ1μm,4μm,2
0μmとしてユニバーサル硬さ試験を行った。その試験
結果を表2に示す。
トの弾性層および離型層の材質と膜厚は以下のとおりで
ある。 実験例6 弾性層:シリコーンゴム、硬さ25°(JIS K 6301)、膜
厚200μm 離型層:材質A、膜厚15μm 実験例7 弾性層:シリコーンゴム、硬さ25°(JIS K 6301)、膜
厚200μm 離型層:材質B、膜厚30μm 実験例8 弾性層:シリコーンゴム、硬さ25°(JIS K 6301)、膜
厚200μm 離型層:材質C、膜厚30μm 実験例9 弾性層:シリコーンゴム、硬さ25°(JIS K 6301)、膜
厚300μm 離型層:材質C、膜厚10μm 実験例10 弾性層:シリコーンゴム、硬さ25°(JIS K 6301)、膜
厚200μm 離型層:材質D、膜厚20μm
mの場合のデータを、(b)は押し込み深さ4μmの場
合のデータを、(c)は押し込み深さ20μmの場合の
データをそれぞれ示している。また、(d)は各押し込
み深さ1μm,4μm,20μmの平均値をまとめて示
したものである。
に試験環境温度を、縦軸にユニバーサル硬さを取ってプ
ロットすると、図8のようになる。図8において、
(a)は押し込み深さ1μmの場合のグラフ、(b)は
押し込み深さ4μmの場合のグラフ、(c)は押し込み
深さ20μmの場合のグラフである。また図9は各押し
込み深さ1μm,4μm,20μmの平均値をプロット
したグラフである。
なればユニバーサル硬さは低下する傾向を示し、特に、
押し込み深さが1μmの場合はその傾向が顕著であるこ
とが分かる。
以外に12個の定着ベルトを用意し、各定着ベルトにつ
いて、試験環境温度25℃,200℃の下で、押し込み
深さ1μm,4μm,20μmとしてユニバーサル硬さ
試験を行った。その試験結果を実施例6〜10と共に図
10および図11に示す。図10および図11におい
て、横軸は押し込み深さを、縦軸はユニバーサル硬さを
それぞれ示しており、図10は試験環境温度25℃のと
きのグラフ、図11は試験環境温度200℃のときのグ
ラフである。
μm〜4μmまでは離型層や弾性層の柔軟性および弾力
性が影響しているので、押し込み深さが大きくなるに伴
ってユニバーサル硬さが急激に低下しているが、押し込
み深さが4μmを超えると、基材の影響が強くなってユ
ニバーサル硬さがあまり低下しないことが分かる。
は加熱定着ローラ)の表面硬さを正確に測定するには、
押し込み深さ1μm〜4μmの範囲でユニバーサル硬さ
試験を行うのが適していると言える。
4〜図7と同様、横軸にユニバーサル硬さを、縦軸に梨
地ランクを取って、プロットすると図12〜図17のよ
うになる。そして、図12〜図17において、ユニバー
サル硬さと梨地ランクとの関係を、最小二乗法による直
線の方程式、さらには相関係数として求めた。なお、図
12〜図17はトナー2を用いた場合の結果である。
し込み深さが1μmのとき、図13は試験環境温度が室
温で押し込み深さが4μmのとき、図14は試験環境温
度が室温で押し込み深さが20μmのときである。ま
た、図15は試験環境温度が200℃で押し込み深さが
1μmのとき、図16は試験環境温度が200℃で押し
込み深さが4μmのとき、図17は試験環境温度が20
0℃で押し込み深さが20μmのときである。図12〜
図17から求めた相関係数を一覧表として表3に示す。
きのデータ、表3(b)は試験環境温度が室温のときの
データである。
トナー離型性、柔軟性および弾力性に優れているか否か
を簡単に評価できるので、高品質の定着用部材を選択し
て熱定着装置もしくは画像形成装置に組み込むことによ
って、画像ムラのない高品質の画像を得ることができ
る。
れた定着ベルトおよび定着ローラを実現できる。
することで、安定した膜厚、平滑な表面が得られる。
Pのうちの少なくとも一つを成分として含んでいるの
で、十分な離型性および耐久性も確保できる。
はその断面図、(b)は(a)のA部の拡大断面図であ
る。
る様子を示した説明図である。
(b)は熱定着装置の他の例による構成図である。
た図である。
た図である。
た図である。
た図である。
しており、(a)は押し込み深さ1μmのときの図、
(b)は押し込み深さ4μmのときの図、(c)は押し
込み深さ20μmのときの図である。
しており、図8に示したデータの平均値をプロットした
ときの図である。
示した図である。
示した図である。
した図である。
した図である。
した図である。
した図である。
した図である。
した図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 基材の上に弾性層および離型層が積層さ
れトナー定着に用いられる定着用部材に対して、前記離
型層表面側から深さ1μm乃至4μmにおけるユニバー
サル硬さ試験を行って、 深さ1μmにおけるユニバーサル硬さHUが、 HU≦30[N/mm2] であり、深さ4μmにおけるユニバーサル硬さHUが、 HU≦12[N/mm2] であれば、前記定着用部材は合格品であると評価するこ
とを特徴とする定着用部材評価方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の定着用部材評価方法に
おいて、 前記ユニバーサル硬さ試験を、試験環境温度25℃の下
で行うことを特徴とする定着用部材評価方法。 - 【請求項3】 基材の上に弾性層および離型層が積層さ
れトナー定着に用いられる定着用部材に対して、試験環
境温度200℃の下で、前記離型層表面側から深さ1μ
m乃至4μmにおけるユニバーサル硬さ試験を行って、 深さ1μmにおけるユニバーサル硬さHUが、 HU≦10[N/mm2] であり、深さ4μmにおけるユニバーサル硬さHUが、 HU≦4[N/mm2] であれば、前記定着用部材は合格品であると評価するこ
とを特徴とする定着用部材評価方法。 - 【請求項4】 請求項1又は3に記載の定着用部材評価
方法において、前記弾性層は、シリコーンゴムで形成さ
れていることを特徴とする定着用部材評価方法。 - 【請求項5】 請求項1又は3に記載の定着用部材評価
方法において、前記離型層は、四フッ化エチレン樹脂
(PTFE)、四フッ化エチレン・パーフロロアルキル
ビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)、および四フッ
化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂(FE
P)のうちの、少なくとも一つを成分として含んでいる
ことを特徴とする定着用部材評価方法。 - 【請求項6】 請求項1又は3に記載の定着用部材評価
方法において、 前記定着用部材は、定着ベルトまたは加熱定着ローラで
あることを特徴とする定着用部材評価方法。 - 【請求項7】 基材の上に弾性層および離型層が積層さ
れた定着ベルトにおいて、 試験環境温度25℃の下で測定したとき、 前記離型層表面側から深さ1μmにおけるユニバーサル
硬さHUが、 HU≦30[N/mm2] であり、深さ4μmにおけるユニバーサル硬さHUが、 HU≦12[N/mm2] であることを特徴とする定着ベルト。 - 【請求項8】 基材の上に弾性層および離型層が積層さ
れた定着ベルトにおいて、 試験環境温度200℃の下で測定したとき、 前記離型層表面側から深さ1μmにおけるユニバーサル
硬さHUが、 HU≦10[N/mm2] であり、深さ4μmにおけるユニバーサル硬さHUが、 HU≦4[N/mm2] であることを特徴とする定着ベルト。 - 【請求項9】 請求項7又は8に記載の定着ベルトにお
いて、 前記弾性層は、シリコーンゴムで形成されていることを
特徴とする定着ベルト。 - 【請求項10】 請求項7又は8に記載の定着ベルトに
おいて、 前記離型層は、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四
フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共
重合体樹脂(PFA)、および四フッ化エチレン・六フ
ッ化プロピレン共重合体樹脂(FEP)のうちの、少な
くとも一つを成分として含んでいることを特徴とする定
着ベルト。 - 【請求項11】 基材の上に弾性層および離型層が積層
された加熱定着ローラにおいて、 試験環境温度25℃の下で測定したとき、 前記離型層表面側から深さ1μmにおけるユニバーサル
硬さHUが、 HU≦30[N/mm2] であり、深さ4μmにおけるユニバーサル硬さHUが、 HU≦12[N/mm2] であることを特徴とする加熱定着ローラ。 - 【請求項12】 基材の上に弾性層および離型層が積層
された加熱定着ローラにおいて、 試験環境温度200℃の下で測定したとき、 前記離型層表面側から深さ1μmにおけるユニバーサル
硬さHUが、 HU≦10[N/mm2] であり、深さ4μmにおけるユニバーサル硬さHUが、 HU≦4[N/mm2] であることを特徴とする加熱定着ローラ。 - 【請求項13】 請求項11又は12に記載の加熱定着
ローラにおいて、 前記弾性層は、シリコーンゴムで形成されていることを
特徴とする加熱定着ローラ。 - 【請求項14】 請求項11又は12に記載の加熱定着
ローラにおいて、 前記離型層は、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四
フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共
重合体樹脂(PFA)、および四フッ化エチレン・六フ
ッ化プロピレン共重合体樹脂(FEP)のうちの、少な
くとも一つを成分として含んでいることを特徴とする加
熱定着ローラ。 - 【請求項15】 請求項7〜10のいずれか1項に記載
の定着ベルト、または請求項11〜14のいずれか1項
に記載の加熱定着ローラを搭載したことを特徴とする熱
定着装置。 - 【請求項16】 請求項7〜10のいずれか1項に記載
の定着ベルト、または請求項11〜14のいずれか1項
に記載の加熱定着ローラを搭載したことを特徴とする画
像形成装置。
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