JP4952118B2 - 定着部材、定着装置、画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents
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また、近年の更なる高画質化の要求に伴い、トナーをより小粒径化することが必要となってきた。小粒径化されたトナーを製造する方法としては、上述した各種樹脂の原料となる単量体と、上述の各種配合剤とを含む油相を水相中に分散し、前記単量体を重合させてトナー粒子を製造する方法が知られている。一方、トナーに用いられる樹脂については、省エネルギー化の要請からより低温で定着可能な材質、即ち、よりガラス転移点が低く、軟化点が低い材質が使用されつつある。
更に、フルカラー複写機やフルカラープリンターに搭載されるカラートナーとしては、多色のトナーが定着工程において十分に混合すること(色再現性)が望まれると共に、OHP画像とした場合の透明性に優れることが望まれている。
また、黒トナーにおいては、定着工程における耐オフセット性を向上させる観点から、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高結晶性、高融点のワックスが配合されている。しかし、フルカラー用のカラートナーにおいては、OHP画像の透明性が損なわれるという理由から、黒トナーに配合されているのと同様のワックスを配合することができない。
しかし、当該方法を採用する場合には、トナーのオフセット現象を防止する点では極めて有効であるものの、離型性液体を供給するための装置が必要になる。また、出力された画像表面は、加筆性が劣ったり、付箋紙や粘着テープが着かなかったりする等の不具合が懸念される。更に、上記離型性液体が加熱されて蒸発すると、不快臭を生じたり、印刷機内の汚染を生じたりする等の問題が懸念される。
即ち、剥離点においてトナー温度がトナーの融点以上である場合には、定着トナー像のグロスはトナーの粘弾性に依存する。一方、剥離点においてトナー温度がトナーの融点未満である場合には、定着トナー像の表面は定着部材表面の型をとるように、定着部材の表面形状の概略を写し取ることになる。つまり、剥離点においてトナー温度がトナーの融点未満である場合、定着部材の表面が平滑であれば定着トナー像は非常に高光沢、即ち、グロスが高い状態となる。これに対し、長年の使用により定着部材表面にトナー(特に、トナーに含まれるワックス成分等)が残留していたり、紙粉が付着していたり、定着部材表面が熱履歴によって改質されていたりする場合には、定着トナー像のグロスは低下する傾向となる。
しかしながら、特に、写真画質で求められる「絹目」と称されるツヤ消し状態を実現することについては、いまだ、極めて困難な課題であった。
又、本発明の第二の目的は、そのような「絹目」を形成することが可能な、定着装置を提供することにある。
更に、本発明の第三の目的は、そのような「絹目」状態を備えた画像を実現する、画像形成装置を提供することにある。
また更に、本発明の第四の目的は、そのような「絹目」状態を備えた画像を実現可能な、画像形成方法を提供することにある。
図1は、本実施の形態の画像形成装置1についての概略構成図である。
図1に示すフルカラーの画像形成装置1は、本実施の形態の一例としての定着装置10を備える。定着装置10は、加熱ロール11と、剥離ロール12と、ウォーク制御ロール13と、からなる3つのロールにより循環可能に張架された無端状の定着ベルト14、及び、定着ベルト14を介して加熱ロール11に圧接する加圧ロール15とを備えている。
また、定着装置10は、定着ベルト14の裏面側であって、加熱ロール11と剥離ロール12とが配備されている間の位置に、定着ベルト14を強制的に冷却する冷却用ヒートシンク16を備えている。定着ベルト14の表面は、冷却用ヒートシンク16によって、剥離ロール12付近で50℃〜80℃の範囲まで冷却される。
更に、定着装置10には、ウォーク制御ロール13と加熱ロール11との間に、定着ベルト14に一定のテンションを付与する小径のテンションロールが配設されている。
なお、定着装置10の構成要素となっている定着ベルト14が、本実施の形態の定着部材の一例である。また、冷却用ヒートシンク16については、適宜、省略が可能である。
更に、上記弾性体層の表面には、PFAチューブ等からなる離型層が被覆される。そして、加熱ロール11は所定の外径に形成される。
加熱ロール11の内部には、ハロゲンランプ(図示せず)が、加熱源として配設されている。ハロゲンランプの発熱量としては、通常、300W〜350Wの範囲である。このハロゲンランプにより、加熱ロール11の表面は、所定の温度(好ましくは130℃〜195℃の範囲)となるように内部から加熱される。
加圧ロール15の内部にも、ハロゲンランプ(図示せず)が、加熱源として配設されている。ハロゲンランプの発熱量としては、通常、300W〜350Wの範囲である。このハロゲンランプにより、加圧ロール15の表面は、所定の温度(好ましくは85℃〜155℃の範囲)となるように内部から加熱される。尚、この加圧ロール15においては、加熱源を省略してもよい。
図1において、画像形成装置1には、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの4色の各画像信号が入力されている。これらの画像信号が入力されると、まず、この画像形成装置1では、感光体ドラムとして作用する電子写真感光体21a〜21dの表面を、帯電ロール23a〜23dにより一様に帯電した後、入力された画像情報に応じたレーザ光を露光装置30から電子写真感光体21a〜21dに向けて照射することで電子写真感光体21a〜21dの表面に静電潜像を形成する。
続いて、各電子写真感光体21a〜21dの表面に形成された静電潜像を、各現像装置24a〜24dにおいてトナーにより現像し、電子写真感光体21a〜21dの表面にトナー像を形成する。なお、上記トナーは、トナーカートリッジ241a〜241dから供給されたトナーである。
続いて、それぞれの1次転写位置において電子写真感光体21a〜21d上のトナー像を中間転写ベルト22に1次転写する。なお、トナー像が中間転写ベルト22に1次転写された後の各電子写真感光体21a〜21dの表面からは、クリーニング装置のクリーニングブレード26a〜26dによって残存トナーが除去され、除電装置によって残存電荷が除去される。
次いで、冷却用ヒートシンク16により記録材43を冷却し、定着した画像面の温度を低下させる。
そして、剥離ロール12の位置において、記録材43を定着ベルト14から剥離させる。その後、記録材43を、画像形成装置1に備えられた排出トレイに排出する。
このようにして、所望の画像が記録材43上に形成される。
図2(a)において定着ベルト14は、表面層141がベース層142上に積層されて形成されている。
図2(b)において定着ベルト14は、表面層141とベース層142とが、シリコーンゴム層143を介して積層されている。ここで、ベース層142とシリコーンゴム層143とは、互いに接着し易い素材の組み合わせであることが好ましい。
図2(c)において定着ベルト14は、表面層141とベース層142とが、接着層144を介して積層されている。
図2(d)において定着ベルト14は、ベース層142上に接着層144を介してシリコーンゴム層143を設け、更に、表面層141を積層したものである。
ここで、ベース層142の体積抵抗率は、ベース層142に導電性粉体等を適宜に添加分散させることにより制御することができる。このような導電性粉体等としては、例えば、カーボンブラック等を挙げることができる。
なお、無端ベルト状のベース層142を形成する方法としては、公知の方法を用いることができる。このような方法としてより具体的には、例えば、上記素材を用いて長尺のフィルム又はシートを形成し、その両端部をパズル状に組合せ、熱圧着部材を用いて熱圧着して無端ベルト状に仕立てる方法が挙げられる。
このようなプライマー類としては、例えば、アミノシラン系カップリング剤、クロロシラン系カップリング剤、クロロメチルシラン系カップリング剤、シアノシラン系カップリング剤、チタン酸エステル系カップリング剤などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。中でも、アミノシラン系カップリング剤及びチタン酸エステル系カップリング剤が好ましく用いられる。更には、フルオロカーボンシロキサンゴム用に設計されたプライマーも好ましく用いられる。
(A)直鎖状フルオロポリエーテル
(B)有機ケイ素化合物
(C)充填剤
(D)触媒
(E)オルガノシロキサン
の各成分を含む組成物であることが好適である。
なお、上記脂肪族不飽和基としては、特に限定されるものではないが、例えば、炭素数2〜3の一価の脂肪族不飽和炭化水素基を挙げることができる。より具体的にはビニル基、アリル基、エチニル基等の炭素数2〜3のアルケニル基が例示され、特にビニル基が好適である。
なお、上記一般式(1)の化合物として、より具体的には、下記一般式(3)で示す化合物を挙げることができる。
(B)成分の配合量としては、フルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物中の脂肪族不飽和基量に対して上記SiH基の含有量が1倍モル量〜4倍モル量となることが好適である。
ここで、従来、四フッ化エチレン樹脂微粒子に代表される含フッ素樹脂粒子は公知であったが、そのような含フッ素樹脂粒子をゴム層の表面に付着させることについては、当業者にとっての積極的な阻害要因があった。即ち、両者は馴染みが悪いため、フルオロカーボンシロキサンゴム層の表面に含フッ素樹脂粒子を付着させて使用することは考えられていないものであり、従来、含フッ素樹脂粒子はゴム層中に添加することにより、ゴム層自体の機能を改善するために使用されていた。また、特開平6−3996号公報においては、図1に記載のように、オフセットを防止すべく、シリコーン微粒子を定着ロール表面/加圧ロール表面に付着させることは知られていたが、これは、ロール表面にシリコーンオイルを供給することを考慮し、シリコーンオイルとの馴染みに優れるシリコーン微粒子を採用したものであり、シリコーンオイルとの馴染みに劣る含フッ素樹脂粒子を敢えて使用しようとは考えられていなかった。本実施の形態においては、製造過程において、フルオロカーボンシロキサンゴム層の表面に馴染みの悪い含フッ素樹脂微粒子を表面に付着させることにより、実際は、フルオロカーボンシロキサンゴム層中に完全に取り込まれるもの、取り込まれつつも表面から含フッ素樹脂微粒子が露出しているもの、表面に接触しているだけのもの、含フッ素樹脂微粒子とのみ接触しているものが混じり合って存在している状態を形成し、最終的に含フッ素樹脂微粒子の物性を表面に取り込むことを可能とするものである。
ここで、表面層141の平均表面粗さ(Ra)としては、通常0.01μm〜5μm、好ましくは0.05μm〜2μmである。当該Ra値が過度に大きいと、画質を発生させる場合があり、一方、過度に小さいと、目的とした効果が得られにくい場合がある。
なお、本実施の形態において平均表面粗さ(Ra)値とは、JIS B 0601−1994にいう算術平均粗さをいい、サーフコム1400(株式会社東京精密製の測定器)を用いて、基準長さ4.0mm、送り速度0.3mm/sで測定した値である。
(I)耐熱樹脂製、又は金属製のチューブ状ベルト本体(ベース層142)の外表面に、フルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物を塗工する塗工工程。
(II)前記塗工工程の後、ベース層142の外表面に塗工されたフルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物塗膜を硬化させる前に、含フッ素樹脂粒子を表面に付着させる、含フッ素樹脂粒子付着工程。
(III)前記含フッ素樹脂粒子付着工程の後、フルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物を硬化させて表面層141を形成する表面層形成工程。
(P)密閉した空間内で含フッ素樹脂粒子に加圧空気を吹き込み、微粒子が舞い上がった「クラウド」と呼ばれる状態の空間を調製した後、ベース層142を同空間内に導入し、一定時間経過後に取り出す方法。
(Q)乾式のスプレーコーティングにより、含フッ素樹脂粒子をベース層142に向けて吹き付ける方法。
(R)密閉した空間内で、含フッ素樹脂微粒子を載せたフルイに振動を与え、含フッ素樹脂粒子をベース層142に向けて均一に落下させ付着させる方法。
定着工程は、記録材の表面に形成されたトナー像を加熱する加熱部材と、加熱部材に圧接配置される加圧部材との圧接部に記録材を通過させる工程である。
そして、加圧部材の表面層は、フルオロカーボンシロキサンゴム層と、フルオロカーボンシロキサンゴム層の表面に付着した含フッ素樹脂粒子とを備え、含フッ素樹脂粒子の表面は、その少なくとも一部がフルオロカーボンシロキサンゴム層から露出していることを特徴としている。
(S)トナー像を記録材に転写した後、記録材とベルト状定着部材を重ねた状態で加熱及び加圧することにより、トナー像を記録材に定着させる工程。
(T)トナー像を記録材に転写した後、記録材とベルト状定着部材を重ねた状態で加熱及び加圧し、更に、冷却した後に記録材をベルト状定着部材から剥離させて、トナー像を記録材に定着させる工程。
このため、フルオロカーボンシロキサンゴムを使用したベルト状定着部材が提案されている(特開2004−109687号公報、特許第2903972号公報。)。かかるベルト状定着部材を用いると、上記ワックスが定着部材表面に付着し難く、オフセット等の問題が低減される。
しかしながら、このような定着部材から得られる画像表面のグロスは極めて均一であり、特に写真画質で要求される、「絹目」と称されるツヤ消し状態を得ることは極めて困難である。
まず、ベルト状基材として周長527.8mm×幅140mm×厚さ80μmの大きさであり、カーボンブラックを添加して体積抵抗率をRv=1012Ω・cmに調整したポリイミド製のベースフィルムを形成した。
次に、表1,2に示す原料を用い、表4に示す配合にて、フルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物を含有する塗布液を得た。
次に、上記塗布液を、浸漬塗布法によって上記ベースフィルム上に塗工して塗膜を形成し、当該塗膜上に、表3に示す含フッ素樹脂粒子を吹き付けた(乾式エアスプレー法を用いた。使用機器:アネスト岩田株式会社製EP−MG10L、吹き付け供給空気圧0.3Mpa。)。なお、付着量は10g/m2であった。
その後、120℃:10分の一次加硫、及び、200℃:4時間の二次加硫を行い、表面層として、含フッ素樹脂の付着したフルオロカーボンシロキサンゴム層を有するベルト状定着部材を得た。フルオロカーボンシロキサンゴム層の厚みは40μmであった。
得られたベルト状定着部材を、図1に示す画像形成装置とほぼ同様な構成を有する富士ゼロックス株式会社製DocuCentreColor f450MPに装着し、4色の現像剤を使用してフルカラー画像を形成した。画像(画質)の評価結果を表4に示した。
フルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物を含有する塗布液を得た後、120℃:10分の一次加硫、及び、200℃:4時間の二次加硫を行ってフルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物を硬化させた後、接着性プライマーをコーティングした含フッ素樹脂粒子を吹き付け、乾燥させた以外は、実施例1と同様にしてベルト状定着部材を得た。
その後、実施例1と同様にしてフルカラー画像を形成し、画像(画質)の評価を行った。結果を表4に示した。
表1〜3に示す原料、及び含フッ素樹脂粒子を用い、表4に示す配合(含フッ素樹脂粒子の配合量は、A成分100質量部に対し、5質量部であった。)にて、フルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物と含フッ素樹脂粒子とを含有する塗布液を得た。
次に、上記塗布液を、浸漬塗布法によってベースフィルム上に塗工して塗膜を形成した。
その後、120℃:10分の一次加硫、及び、200℃:4時間の二次加硫を行い、表面層として、含フッ素樹脂粒子を含有したフルオロカーボンシロキサンゴム層を有するベルト状定着部材を得た。フルオロカーボンシロキサンゴム層の厚みは40μmであった。
得られたベルト状定着部材を、図1に示す画像形成装置とほぼ同様な構成を有する富士ゼロックス株式会社製DocuCentreColor f450MPに装着し、4色の現像剤を使用してフルカラー画像を形成した。画像の評価結果を表4に示した。
フルカラー印刷を行い、以下の基準で評価した。
○:画像表面に絹目と称される「ツヤ消し」状態を有する画像が得られた。
△:「ツヤ消し」状態は得られたが、絹目を有する画像は得られなかった。
×:「ツヤ消し」状態を有する画像が得られなかった。
[耐久性]
1000枚のフルカラー印刷を行い、以下の基準で評価した。
○:1枚目と1000枚目とで、画質に変化が無かった。
×:1枚目と1000枚目とで、画質に変化が観察された。
(a)フルオロカーボンシロキサンゴムの表面に含フッ素樹脂粒子を付着させた表面層を有する実施例1〜4においては、いずれも画像表面に絹目と称される「ツヤ消し」状態を有する画像を得ることができた。
(b)これに対し、比較例1、2では、表面に均一な光沢を有する画像を得ることはできたが、「ツヤ消し」状態を有する画像は得られなかった。
(c)また、比較例3は、フルオロカーボンシロキサンゴムの代わりにシリコーンゴムを使用し、表面に含フッ素樹脂粒子を付着させて定着ベルトを形成したものであるが、そのような定着ベルトを用いた場合、ツヤ消し状態を有する画像は得られるものの、特に写真画質で求められる「絹目」と称されるツヤ消し状態を有する画像は得られなかった。
(d)更に、比較例4は、含フッ素樹脂粒子をフルオロカーボンシロキサンゴムの前駆体組成物塗膜に吹き付ける代わりに、塗工液段階で予め含フッ素樹脂粒子を配合して定着ベルトを形成したものであるが、そのような定着ベルトを用いた場合、「ツヤ消し」状態が得られなかった。
Claims (4)
- フルオロカーボンシロキサンゴム層と、
前記フルオロカーボンシロキサンゴム層の表面に付着し、当該表面から一部が露出してなる含フッ素樹脂粒子と
を備えた表面層を有することを特徴とする定着部材。 - 記録材の表面に形成されたトナー像を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材に圧接配置される加圧部材とを備え、
前記加圧部材の表面層は、
フルオロカーボンシロキサンゴム層と、
前記フルオロカーボンシロキサンゴム層の表面に付着し、当該表面から一部が露出してなる含フッ素樹脂粒子と
を備えたことを特徴とする定着装置。 - 像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、
前記帯電手段により帯電した前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記静電潜像を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材上に転写する転写手段と、
前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材上に加熱定着させる定着手段とを備え、
前記定着手段は、
前記記録材の表面に形成されたトナー像を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材に圧接配置される加圧部材とを備え、
前記加圧部材の表面層は、
フルオロカーボンシロキサンゴム層と、
前記フルオロカーボンシロキサンゴム層の表面に付着し、当該表面から一部が露出してなる含フッ素樹脂粒子と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体表面を帯電する帯電工程と、
帯電した前記像担持体表面を露光して静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記トナー像を記録材上に転写する転写工程と、
前記記録材上に転写されたトナー像を記録材上に加熱定着する定着工程とを有し、
前記定着工程は、記録材の表面に形成されたトナー像を加熱する加熱部材と、当該加熱部材に圧接配置される加圧部材との圧接部に記録材を通過させる工程であり、
前記加圧部材の表面層は、
フルオロカーボンシロキサンゴム層と、
前記フルオロカーボンシロキサンゴム層の表面に付着し、当該表面から一部が露出してなる含フッ素樹脂粒子と
を備えたことを特徴とする画像形成方法。
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