JP2004191849A - 加熱定着部材及びそれを有する画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材1の上に100〜500μm厚の耐熱性ゴムで構成される弾性層2及び10〜50μm厚のフッ素系樹脂で構成される離型層3を順次形成した加熱定着部材において、前記弾性層1の硬さが、前記基材1の側から前記離型層3の側に小さくなるように傾斜するものとする。前記弾性層2は、好ましくは、前記基材1の側から前記離型層3の側に硬さを変えた3層以上の多層で形成する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、カラープリンタ、レーザプリンタ、ファクシミリ等のトナー像を記録材に定着させる加熱定着部材及びそれを有する加熱定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の電子写真方式の画像形成装置の説明図である。図4に示されているように、従来の電子写真方式の画像形成装置100、例えば、複写機及びレーザプリンタは、静電潜像が形成される感光体ドラム101、感光体ドラム101に接触して帯電処理を行う帯電ローラ102、レーザビーム等の露光手段103、感光体ドラム101の静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ104、帯電ローラ102にDC電圧を印加するためのパワーパック105、感光体ドラム101上のトナー像を記録紙107に転写処理する転写ローラ106、転写処理後の感光体ドラム101をクリーニングするためのクリーニング装置108、感光体ドラム101の表面電位を測定する表面電位計109、並びに、加熱定着ローラ111及び加圧ローラ112からなるローラ方式の加熱定着装置110によって構成されている。
【0003】
この電子写真方式を用いる画像形成装置100は、回転する感光体ドラム101の感光体層を帯電ローラ102を用いて一様に帯電させた後にレーザビーム等の露光手段103で露光して静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーによって現像することによりトナー像とし、このトナー像を記録紙107上に転写し、そして、この記録紙107を加熱定着ローラ111及び加圧ローラ112からなるローラ方式の加熱定着装置110に通過させてトナー像を熱定着するように構成されている。
【0004】
このような画像形成装置100の加熱定着装置においては、アルミニウム等の金属の中空円筒体からなる芯金の外周面にトナーの粘着を防止するために被覆された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)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂(FEP)等のフッ素樹脂からなる離型層を設けた加熱定着ローラ111が使用されているが、この加熱定着ローラ111は、芯金の中空部に回転中心線に沿ってハロゲンランプ等のヒータを配置し、その輻射熱によって加熱定着ローラ111を内側から加熱するようになっており、そして、加熱定着ローラ111と加圧ローラ112との間に記録紙107を通過させることにより、記録紙107の上に付着しているトナーを加熱定着ローラ111の熱により軟化させつつ加圧して記録紙上に定着させるようになっている。
【0005】
この芯金上にフッ素樹脂層を設けた加熱定着ローラ111は、離型性に優れているが、柔軟性及び弾力性に劣っているので、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に対応することができない。これら光沢画像を形成するフルカラー複写機やレーザープリンタでは、赤(マゼンタ)、青(シアン)、黄(イエロー)、黒(ブラック)の4色のカラートナーが用いられるが、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るので、カラートナーを低融点化して溶融しやすくすると共に、加熱定着ローラの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ることが必要になる。このために、加熱定着部材(ローラ、ベルト)の表面に必要な特性の一つとして柔軟性が挙げられる。
【0006】
このような加熱定着部材の表面に柔軟性を付与するために、従来の光沢画像のフルカラー定着ローラには、シリコーンゴムローラ上にシリコーンゴム、フッ素ゴム等の離型性及び耐久性に優れたゴム層を設けた加熱定着ローラがある。
【0007】
加熱ローラ定着法は、ヒートローラ全体を所定温度に保持するので、熱容量が大きくなり、そのために、プリント速度の高速化には適しているが、ヒートローラを所定の温度まで加熱するのにかなりの時間が必要であり、また、このことから、ヒートローラ全体を加熱するのに、電力消費も大きくなる。
【0008】
近年、省エネルギー化への活動が活発になっており、立ち上がり時間の短縮が検討されている。その一つとして、ヒータにより熱せられたフィルム状のエンドレスベルトを介して、記録紙上のトナーを加熱するベルト定着方式の加熱定着装置が提案された。
【0009】
図5は、従来のベルト方式の加熱定着装置の説明図である。図5に示されているように、従来の電子写真方式の画像形成装置においては、加熱ローラ115と定着ローラ114とによって回転可能に設けた定着ベルト113、及び、前記定着ベルト113を介して前記定着ローラ114に接するように設けた加圧ローラ116を有するベルト方式の加熱定着装置120が用いられている。このようなベルト方式の加熱定着装置120は、加熱ローラ115で加熱された定着ベルト113と加圧ローラ116との間に記録紙107を通過させることにより、記録紙107の上に付着しているトナーを定着ベルト113の熱により軟化させつつ加圧ローラ116で加圧して記録紙上に定着させるようになっている。
【0010】
この従来のベルト方式の加熱定着装置120によれば、薄いフィルム状の定着用ベルト113を直接加熱するので、電源投入後短時間で所定の温度に達し、そのために、電源投入後の待ち時間を削減することができ、また、必要部分のみを加熱するので、電力消費も少ない利点がある。
【0011】
しかし、従来のローラ方式の加熱定着装置110及びベルト方式の加熱定着装置120においては、これらのシリコーンゴム、フッ素ゴム等で構成される表面層は、柔軟性には優れているが、トナー離型性が不足しているので、トナーオフセット現象が発生しやすいという問題があり、また、これらのゴム弾性層は、耐摩耗性が低いので、表面の摩耗及び劣化が激しいという問題があった。
【0012】
そこで、これらの問題を回避するために、シリコーン系の潤滑オイルを定着ローラ及び定着ベルトの表面に塗布する方式が提案されれた。しかしながら、このオイル塗布方式も初期的には効果がみられるが、十分ではなく、また、このシリコーン系の潤滑オイルにより、ゴム材料が膨潤するという新たな不具合が発生した。さらに、このオイル塗布方式は、シリコーンオイル塗布の為の機構(塗布量制御機構も含む)が必要となり、しかも、オイルの補充といったユーザーメンテナンが必要となるので、コスト高になるという不具合があった。したがって、オイル不使用の定着が必要とされていた。
【0013】
最近では、定着ローラ及び定着ベルトの基体上にゴム弾性層を設け、その上にフッ素樹脂等の離型材料を被覆させたものが提案(特許文献1,2,3)されている。しかしながら、ゴム弾性層の上にフッ素樹脂等の離型材料を被覆させたものは、表面の重要特性である柔軟性が低下する傾向にあり、そのために、画像が不均一(光沢ムラ)となって梨地画像が発生するという問題があった。
【0014】
【特許文献1】
特開平10−198201号公報
【特許文献2】
特許第3000516号公報
【特許文献3】
特開2000−137397号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、画像が不均一(光沢ムラ)となって梨地画像が発生することを防止した加熱定着部材及びそれを有する画像形成装置を低コストで提供することを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載された発明は、上記目的を達するために、基材上に100〜500μm厚の耐熱性ゴムで構成される弾性層及び10〜50μm厚のフッ素系樹脂で構成される離型層を順次形成した加熱定着部材において、前記弾性層の硬さが、前記基材側から前記離型層側に小さくなるように傾斜していることを特徴とする加熱定着部材である。
【0017】
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、前記弾性層が、前記基材側から前記離型層側に硬さを変えた3層以上の多層で形成されていることを特徴とするものである。
【0018】
請求項3に記載された発明は、請求項1又は2に記載された発明において、前記加熱定着ベルトの表面側のユニバーサル硬さ(HU)の傾きが、次の式
【数2】
(式中、HU1μm は、前記加熱定着部材の200℃における離型層の1μm深さでのユニバーサル硬さであり、そして、HU4μm は、前記加熱定着部材の200℃における離型層の4μm深さでのユニバーサル硬さである。)
を満たすことを特徴とするものである。
【0019】
請求項4に記載された発明は、請求項1〜3のいずれかに記載された発明において、前記加熱定着部材の弾性層を構成する耐熱性ゴムが、シリコーンゴム、フッ素ゴム、及び、フロロシリコーンゴムから選ばれる耐熱性合成ゴムを主成分とすることを特徴とするものである。
【0020】
請求項5に記載された発明は、請求項1〜4のいずれかに記載された発明において、前記加熱定着部材の離型層を構成するフッ素系樹脂が、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーレル共重合体(PFA)、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)、及び、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から選ばれるフッ素系樹脂、又は、それらのフッ素系樹脂の混合物、或いは、それらのフッ素系樹脂を耐熱性の樹脂に分散させたものであることを特徴とするものである。
【0021】
請求項6に記載された発明は、請求項1〜5のいずれかに記載された発明において、前記加熱定着部材の基体が、(イ)ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるベルト、(ロ)ポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素系樹脂等の耐熱性樹脂で構成されるベルト、又は、(ハ)前記(イ)及び(ロ)の積層されたベルトであることを特徴とするものである。
【0022】
請求項7に記載された発明は、請求項1〜6のいずれかに記載された発明において、前記加熱定着部材の基体が、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるローラであることを特徴とするものである。
【0023】
請求項8に記載された発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の加熱定着部材を有することを特徴とする画像形成装置である。
【0024】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施の形態を示す加熱定着部材(加熱定着ベルト)の断面図であって、(a)は、横断面図であり、そして、(b)は、前記(a)の拡大断面図である。図2は、本発明の他の一実施の形態を示す加熱定着部材(加熱定着ローラ)の横断面図である。図3は、実施例1〜10及び比較例1で得られた加熱定着ベルトのユニバーサル硬さの傾き(200℃環境)と梨地ランクとの関係を示すグラフである。
【0025】
図1において、10は、加熱定着部材(加熱定着ベルト)である。加熱定着部材10は、基体1上に、耐熱性合成ゴムで構成される弾性層2、及び、フッ素系樹脂で構成される離型層3を順次有している。そして、前記弾性層2の硬さ(JIS K6253)は、前記基材1の側から前記離型層3の側に小さくなるように傾斜している。
【0026】
図2において、20は、加熱定着部材(加熱定着ローラ)である。加熱定着部材20は、基体11上に、耐熱性合成ゴムで構成される弾性層12、及び、フッ素系樹脂で構成される離型層13を順次有している。そして、そして、前記弾性層13の硬さ(JIS K6253)は、前記基材11の側から前記離型層13の側に小さくなるように傾斜している。
【0027】
このように、前記弾性層2,12の硬さが前記基材1、11の側から前記離型層3,13の側に小さくなるように傾斜していると、離型層3,13の表面側が適度に固く、内部側が柔らかになるので、離型層3,13の表面が、200℃程度の高温定着時に、トナーをしっかり押さえつつ、柔らかに包み込んで加熱定着することができ、そのために、画像が不均一(光沢ムラ)となって梨地画像が発生することを防止した加熱定着部材を低コストで提供することができる。
【0028】
本発明においては、前記弾性層2,12は、前記基材1,11の側から前記離型層3,13の側に硬さ(JIS K6253)を変えた3層以上の多層で形成される。このような弾性層2,12は、例えば、酸化鉄粉体の添加量を順次多くなるように添加した4種類の酸化鉄粉体含有シリコーンゴム溶液(東レシリコーン社製、DY35−2035)を、酸化鉄粉体の添加量の多い順に、40μm厚のベルト状のステンレススチール(SUS)製の基体上に順次スプレー塗装して形成される。前記酸化鉄粉体に代えて、フィラー、カーボン粉体/フィラー、酸化チタン粉体/フィラー、チタン酸カリウム粉体/フィラー、酸化スズ粉体/フィラーを使用しても良い。このように、前記弾性層2,12が、前記基材1,11の側から前記離型層2,12の側に硬さを変えた3層以上の多層で形成されていると、前記弾性層3,13の硬さを前記基材1,11の側から前記離型層3,13の側に小さくなるように容易に傾斜させることができる。
【0029】
本発明においては、前記加熱定着部材10,20の表面側、即ち、離型層3,13の側のユニバーサル硬さ(HU)の傾きが、次の式
【数3】
(式中、HU1μm は、前記加熱定着部材の200℃における離型層の1μm深さでのユニバーサル硬さであり、そして、HU4μm は、前記加熱定着部材の200℃における離型層の4μm深さでのユニバーサル硬さである。)
を満たしている。
【0030】
前記「ユニバーサル硬さ(HU)」(ドイツ規格 DIN 50359−1)は、次の式
HU=F/26.43H2 (N/mm2 )
(式中、Fは、試験荷重(N)であり、Sは、試験荷重下での圧子の表面積(mm2 )であり、そして、hは、試験荷重下での押しこみ深さ(mm)である。)で規定されるものである。
前記「ユニバーサル硬さ(HU)」は、圧子、即ち、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)に荷重をかけている状態で、くぼみの押しこみ深さを直読し、硬さを求める。この際、1点の押しこみ深さだけでなく、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こみ深さを測定する。したがって、圧子進入の痕跡が残りにくい弾性体の微小表面硬さ、及び、不均一質的な表面層の硬さも測定可能となる。
【0031】
このように、加熱定着部材10,20の表面側、即ち、離型層3,13の側のユニバーサル硬さ(HU)の傾きが、前記式(1)を満たしていると、離型層3,13の表面側が適度に固く、内部側が柔らかになるので、離型層3,13の表面が、200℃程度の高温定着時に、トナーをしっかり押さえつつ、柔らかに包み込んで加熱定着するができ、そのために、画像が不均一(光沢ムラ)となって梨地画像が発生することを防止することができる。また、前記式の値は、パソコンなどにより演算することができるので、ユニバーサル硬さ(HU)の実測定時間が1分程度で可能となり、そのために、簡単に加熱定着部材(製品)のOK・NGの判定ができ、よって、加熱定着部材の評価方法として使用できる。
【0032】
前記弾性層2、12を構成する耐熱性合成ゴムは、好ましくは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、及び、フロロシリコーンゴムから選ばれる耐熱性合成ゴムであるが、本発明の目的に反しない限り、それら以外の耐熱性合成ゴムであってもかまわない。このように、弾性層2,12を構成する耐熱性合成ゴムがシリコーンゴム、フッ素ゴム、及び、フロロシリコーンゴムから選ばれる耐熱性合成ゴムであると、前記弾性層2、12が定着時の温度(〜200℃)において耐熱性を有するものとなるので、加熱定着部材の表面の柔軟性が確保される。
【0033】
また、前記離型層3,13を構成するフッ素系樹脂は、例えば、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーレル共重合体(PFA)、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)、及び、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から選ばれるフッ素系樹脂、又は、それらのフッ素系樹脂の混合物、或いは、それらのフッ素系樹脂を耐熱性の樹脂に分散させたものであるが、本発明の目的に反しない限り、それら以外のフッ素系樹脂であってもかまわない。本発明における離型層3,13は、その膜厚が厚いと光沢ムラが発生するので、好ましくは、その膜厚が薄いもののほうがよい。このように、離型層3,13が前記したようなフッ素系樹脂で構成されていると、シ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)。
【0034】
前記加熱定着部材10における前記基体1は、(イ)ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるシート又は無端ベルト、(ロ)ポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素系樹脂等の耐熱性樹脂材料で構成されるシート又は無端ベルト、又は、(ハ)前記(イ)及び(ロ)の積層シート又は無端ベルトである。また、前記基体1は、金属材料で構成されている場合には、無端ベルト又はシートの撓みを考慮して、その膜厚は、100μm以下であることが好ましい。また、前記基体1は、耐熱性樹脂材料で構成されている場合には、熱容量(立ち上がり時間短縮から、薄い方が有利である)、及び、強度(厚い方が有利である)の観点から、その膜厚は、30〜200μmであることが好ましい。
また、前記加熱定着部材20における基体11は、好ましくは、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるローラである。
【0035】
また、本発明の画像形成装置は、請求項1〜6のいずれかに記載の加熱定着部材を有している。このように、本発明の画像形成装置が請求項1〜6のいずれかに記載の加熱定着部材を有していると、離型層3,13の表面側が適度に固く、内部側が柔らかになるので、離型層3,13の表面が、200℃程度の高温定着時に、トナーをしっかり押さえつつ、柔らかに包み込んで加熱定着するができ、そのために、画像が不均一(光沢ムラ)となって梨地画像が発生することを防止することができる。
【0036】
【実施例】
(実施例1)
酸化鉄粉体の添加量を順次多くなるように添加した4種類の酸化鉄粉体含有シリコーンゴム溶液(東レシリコーン社製、DY35−2035)を、酸化鉄粉体の添加量の多い順に、40μm厚のベルト状のステンレススチール(SUS)製基体上に順次スプレー塗装して、50μm厚のゴム硬度30°の被覆層、50μm厚のゴム硬度27°の被覆層、23μm厚のゴム硬度23°の被覆層、及び、23μm厚のゴム硬度20°の被覆層からなる200μm厚の弾性層を形成した。そして、このシリコーンゴム弾性層の表面に柔軟性が普通のテトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーレル共重合体(PFA2)をスプレー塗装して塗装膜を形成し、続いて、この塗装膜を320℃で30分間焼成して15μm厚の離型層を形成することにより加熱定着ベルトを得た。なお、本明細書においては、「ゴム硬度」は、JISK6253を指すものとする。
【0037】
(実施例2)
離型層を20μm厚とした以外は、実施例1と同様にして、加熱定着ベルトを得た。
【0038】
(実施例3)
離型層を30μm厚とした以外は、実施例1と同様にして、加熱定着ベルトを得た。
【0039】
(実施例4)
酸化鉄粉体の添加量を順次多くなるように添加した3種類の酸化鉄粉体含有シリコーンゴム溶液(東レシリコーン社製、DY35−2035)を、酸化鉄粉体の添加量の多い順に、40μm厚のベルト状のステンレススチール(SUS)製基体上にスプレー塗装して、67μm厚のゴム硬度30°の被覆層、67μm厚のゴム硬度28°の被覆層、及び、67μm厚のゴム硬度25°の被覆層からなる201μm厚の弾性層を形成した。そして、このシリコーンゴム弾性層の表面に柔軟性が高いテトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーレル共重合体(PFA3)をスプレー塗装して塗装膜を形成し、続いて、この塗装膜を320℃で30分間焼成して15μm厚の離型層を形成することにより加熱定着ベルトを得た。
【0040】
(実施例5)
離型層を20μm厚とした以外は、実施例4と同様にして、加熱定着ベルトを得た。
【0041】
(実施例6)
離型層を30μm厚とした以外は、実施例1と同様にして、加熱定着ベルトを得た。
【0042】
(実施例7)
酸化鉄粉体の添加量を順次多くなるように添加した3種類の酸化鉄粉体含有シリコーンゴム溶液(東レシリコーン社製、DY35−2035)を、酸化鉄粉体の添加量の多い順に、40μm厚のベルト状のステンレススチール(SUS)製基体上にスプレー塗装して、100μm厚のゴム硬度30°の被覆層、100μm厚のゴム硬度28°の被覆層、及び、100μm厚のゴム硬度25°の被覆層からなる201μm厚の弾性層を形成した。そして、このシリコーンゴム弾性層の表面に柔軟性が高いテトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーレル共重合体(PFA3)をスプレー塗装して塗装膜を形成し、続いて、この塗装膜を320℃で30分間焼成して10μm厚の離型層を形成することにより加熱定着ベルトを得た。
【0043】
(実施例8)
離型層を20μm厚とした以外は、実施例7と同様にして、加熱定着ベルトを得た。
【0044】
(実施例9)
離型層を30μm厚とした以外は、実施例7と同様にして、加熱定着ベルトを得た。
【0045】
(実施例10)
酸化鉄粉体の添加量を順次多くなるように添加した3種類の酸化鉄粉体含有シリコーンゴム溶液(東レシリコーン社製、DY35−2035)を、酸化鉄粉体の添加量の多い順に、40μm厚のベルト状のステンレススチール(SUS)製基体上にスプレー塗装して、67μm厚のゴム硬度30°の被覆層、67μm厚のゴム硬度28°の被覆層、及び、67μm厚のゴム硬度25°の被覆層からなる201μm厚の弾性層を形成した。そして、このシリコーンゴム弾性層の表面に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)をスプレー塗装して塗装膜を形成し、続いて、この塗装膜を320℃で30分間焼成して10μm厚の離型層を形成することにより加熱定着ベルトを得た。
【0046】
(比較例1)
シリコーンゴム溶液(東レシリコーン社製、DY35−2035)を40μm厚のベルト状のステンレススチール(SUS)製基体上にスプレー塗装して、200μm厚の弾性層を形成した。そして、このシリコーンゴム弾性層の表面に柔軟性が低いテトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーレル共重合体(PFA1)をスプレー塗装して塗装膜を形成し、続いて、この塗装膜を320℃で30分間焼成して30μm厚の離型層を形成することにより加熱定着ベルトを得た。
【0047】
(比較例2)
シリコーンゴム溶液(東レシリコーン社製、DY35−2035)を40μm厚のベルト状のステンレススチール(SUS)製基体上にスプレー塗装して、200μm厚の弾性層を形成することにより加熱定着ベルトを得た。
【0048】
以上、前記実施例1〜10及び比較例1〜2で得られた加熱定着ベルトの、▲1▼HU4μm 、即ち、200℃における離型層の1μm深さでのユニバーサル硬さ、及び、▲2▼HU4μm 、即ち、前記加熱定着部材の200℃における離型層の4μm深さでのユニバーサル硬さを測定し、得られた測定値に基づいて、式(1)の値を得た。前記▲1▼及び▲2▼の測定に当たっては、試験機として、「フィッシャースコープ H−100」を用い、試験荷重:〜300mNで測定した。そして、次の評価基準で梨地ランクを評価した。
【0049】
梨地画像評価基準
(a)ランク5:顕著な梨地状ムラ無し(合格レベル)
(b)ランク4:ランク3とランク5の中間(合格レベル)
(c)ランク3:部分的に梨地状のムラが発生(合格レベル)
(d)ランク2:ランク1とランク3の中間(不合格レベル)
(e)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)
但し、各ランクの中間は、0.5とした。
評価結果は、次の表1に示される。
【0050】
【表1】
【0051】
表1より、弾性層を設けた構成では、離型層の膜厚が増加すると、ユニバーサル硬さ値が大きくなっている(硬くなっている)ことが分かる。ユニバーサル硬さの原理は、前述したとおりであるが、ユニバーサル硬さの測定法を「樹脂及びゴム材料からなる対象物」に対して適用した場合には、「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。それ故、弾性層上に離型層を形成させたものでは、弾性層の硬さが離型層の硬さよりも小さければ、離型層の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)に現れやすくなり、つまり、「表面が撓んだ深さが」大きくなり、そのために、ユニバーサル硬さ値が小さくなったと考えられる。
【0052】
PFA1は、PFA2と比べて柔軟性に劣る材質である。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;FEP、PFA、PTFE…、分子量の違い、フィラー添加有無、及び、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。フィラー添加は、耐摩耗性を向上させるために、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、導電性付与の為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。
【0053】
表1に示すとおり、同じ構成(同じ膜厚)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。
【0054】
比較例2は、離型層を形成させずに弾性層(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、及び、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。
【0055】
【発明の効果】
(1)請求項1,6,7に係わる発明によれば、弾性層の硬さが基材の側から離型層の側に小さくなるように傾斜しているので、離型層の表面側が適度に固く、内部側が柔らかになるので、離型層の表面が、200℃程度の高温定着時に、トナーをしっかり押さえつつ、柔らかに包み込んで加熱定着することができ、そのために、画像が不均一(光沢ムラ)となって梨地画像が発生することを防止した加熱定着部材を低コストで提供することができる。
【0056】
(2)請求項2に係わる発明によれば、弾性層が基材の側から離型層の側に硬さを変えた3層以上の多層で形成されているので、前記弾性層の硬さを前記基材の側から前記離型層の側に小さくなるように容易に傾斜させることができる。
【0057】
(3)請求項3に係わる発明によれば、加熱定着部材の離型層側のユニバーサル硬さ(HU)の傾きが、次の式
【数4】
(式中、HU1μm は、前記加熱定着部材の200℃における離型層の1μm深さでのユニバーサル硬さであり、そして、HU4μm は、前記加熱定着部材の200℃における離型層の4μm深さでのユニバーサル硬さである。)
を満たしているので、離型層の表面側が適度に固く、内部側が柔らかになり、そのために、離型層の表面が、200℃程度の高温定着時に、トナーをしっかり押さえつつ、柔らかに包み込んで加熱定着するができ、よって、画像が不均一(光沢ムラ)となって梨地画像が発生することを防止することができる。また、請求項3に係わる発明によれば、前記式(1)の値は、パソコンなどにより演算することができるので、ユニバーサル硬さ(HU)の実測定時間が1分程度で可能となり、そのために、簡単に加熱定着部材(製品)のOK・NGの判定ができ、よって、加熱定着部材の評価方法として使用できる。
【0058】
(4)請求項4に係わる発明によれば、加熱定着部材の弾性層を構成する耐熱性ゴムがシリコーンゴム、フッ素ゴム、及び、フロロシリコーンゴムから選ばれる耐熱性合成ゴムを主成分とするものであるので、弾性層が定着時の温度(〜200℃)において耐熱性を有するものとなり、そのために、加熱定着部材の表面の柔軟性が確保される。
【0059】
(5)請求項5に係わる発明によれば、加熱定着部材の離型層を構成するフッ素系樹脂がPFA、FEP、PTFE等のフッ素系樹脂であるので、シ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)。
【0060】
(6)請求項6に係わる発明によれば、画像形成装置が請求項1〜6のいずれかに記載の加熱定着部材を有しているので、離型層の表面側が適度に固く、内部側が柔らかになり、そのために、離型層の表面が、200℃程度の高温定着時に、トナーをしっかり押さえつつ、柔らかに包み込んで加熱定着するができる。よって、請求項6に係わる発明によれば、画像が不均一(光沢ムラ)となって梨地画像が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施の形態を示す加熱定着部材(加熱定着ベルト)の断面図であって、(a)は、横断面図であり、そして、(b)は、前記(a)の拡大断面図である。
【図2】本発明の他の一実施の形態を示す加熱定着部材(加熱定着ローラ)の横断面図である。
【図3】実施例1〜10及び比較例1で得られた加熱定着ベルトのユニバーサル硬さの傾き(200℃環境)と梨地ランクとの関係を示すグラフである。
【図4】従来の電子写真方式の画像形成装置の説明図である。
【図5】従来のベルト方式の定着装置の説明図である。
【符号の説明】
1,11 基体
2,12 弾性層
3、13 離型層
10 加熱定着部材(加熱定着ベルト)
20 加熱定着部材(加熱定着ローラ)
Claims (8)
- 基材上に100〜500μm厚の耐熱性ゴムで構成される弾性層及び10〜50μm厚のフッ素系樹脂で構成される離型層を順次形成した加熱定着部材において、前記弾性層の硬さが、前記基材側から前記離型層側に小さくなるように傾斜していることを特徴とする加熱定着部材。
- 前記弾性層が、前記基材側から前記離型層側に硬さを変えた3層以上の多層で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の加熱定着部材。
- 前記加熱定着部材の弾性層を構成する耐熱性ゴムが、シリコーンゴム、フッ素ゴム、及び、フロロシリコーンゴムから選ばれる耐熱性合成ゴムを主成分とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の加熱定着部材。
- 前記加熱定着部材の離型層を構成するフッ素系樹脂が、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーレル共重合体(PFA)、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)、及び、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から選ばれるフッ素系樹脂、又は、それらのフッ素系樹脂の混合物、或いは、それらのフッ素系樹脂を耐熱性の樹脂に分散させたものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の加熱定着部材。
- 前記加熱定着部材の基体が、(イ)ステンレススチール、ニッケル等の金属材料で構成されるベルト、(ロ)ポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素系樹脂等の耐熱性樹脂で構成されるベルト、又は、(ハ)前記(イ)及び(ロ)の積層されたベルトであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の加熱定着部材。
- 前記加熱定着部材の基体が、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属材料で構成されるローラであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の加熱定着部材。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の加熱定着部材を有することを特徴とする画像形成装置。
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JP7419915B2 (ja) | 2020-03-25 | 2024-01-23 | 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 | 無端ベルト、ヒートシール装置、定着装置、及び物品搬送装置 |
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- 2002-12-13 JP JP2002362509A patent/JP2004191849A/ja active Pending
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