JP5730039B2 - 定着用回転体及びこの定着用回転体を搭載する定着装置 - Google Patents
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Description
熱ローラ方式、或いはフィルム加熱方式の定着装置は、何れも未定着トナー画像を担持する記録材をニップ部で挟持搬送しつつ記録材にトナー画像を加熱定着するものである。
この剥離オフセットは非常に強く定着部材表面が帯電するため、静電オフセットのいくつかの種類の中でも醜い画像不良として現れてしまう。
例えば、特許文献1には内部に発熱体を有する定着部材と、定着部材に対向して回転自在に配設された加圧ローラとを備えた定着装置において、上記加圧ローラは、導電性の芯金上に弾性層を有し、弾性層上に導電性PFAチューブの表層が形成されている定着装置が提案されている。
また、特許文献3にはフッ素樹脂とフルオロアルキルスルホン酸塩とを含有し、導電性粒子を含有しないフッ素樹脂組成物が提案され、複写機、プリンタへの適用も記されている。
まず初めにトナー汚れについて説明する。トナー汚れは加圧ローラ表層にオフセットトナーが付着堆積することであり、あるタイミングで記録材裏面に塊としてトナーが付着し、画像不良となる。
なお、カーボンの添加量を減らすことで離型性は向上するものの、逆に剥離オフセットは悪化していくため、カーボン添加での導電性PFAチューブは剥離オフセットと加圧ローラ汚れがトレードオフの関係にある。
また、カーボンの添加量を徐々に減らしつつ電圧を印加させながら剥離オフセットと加圧ローラ汚れを検討したが、剥離オフセットと加圧ローラ汚れの両立は出来なかった。
従って、本発明の目的は剥離オフセットと加圧ローラトナー汚れの抑制が両立できる定着用回転体、及び定着装置を提供することである。
前記定着用回転体が少なくとも基材と離型層を有し、前記離型層が、フッ素樹脂に、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリルニトリル、ポリメチルメタクリレートの中から選ばれる少なくとも1種類のポリマーと、モノマー電解質と、を含有し、前記フッ素樹脂100部に対する前記ポリマーの含有量は、0.01部以上5部以下であることを特徴とする。
定着装置を搭載する画像形成装置は、周知の構成なので説明は割愛する。図1は本例で用いた定着装置6の概略構成模型図である。21は横断面略半円弧状・樋型で、図面に垂直方向を長手とする横長のフィルムガイド部材(ステイ)、22はこのフィルムガイド部材21の下面の略中央部に長手に沿って形成した溝内に収容保持させた横長のヒータ、23はこのヒータ付きのフィルムガイド部材21にルーズに外嵌させたエンドレスベルト状の耐熱性ベルト(定着フィルム)である。これら21〜23が本実施例の加熱部材を構成している。24は耐熱性ベルト23を挟ませてヒータ22の下面に圧接させた加圧部材としての加圧ローラである。
加圧ローラ24は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金24aと、ゴム弾性層24b、離型層24c等からなる。
必要に応じて、定着ニップ部Nで記録材P上のトナーを電気的に記録材上に保持させるための電圧印加回路(電圧印加手段)25を耐熱性ベルト23に電気的に接続しても良い。
耐熱性ベルト23に接続する場所は導電性を有する部分であれば特に限定されず、適宜最適な場所を選択すれば良い。また、本件の発明の範囲を超えなければ、電気的な接続のために耐熱性ベルト23の層を増やすことは何ら問題ない。
記録材Pが定着ニップ部Nで挟持搬送されることにより記録材Pに担持されたトナー像は加熱定着される。そして、定着ニップ部Nを通った記録材Pは耐熱性ベルト23の外面から分離されて搬送される。
定着装置6における耐熱性ベルト23について、それを構成する材料、成型方法等を以下に詳細に説明する。
図2は定着ベルト23の層構成模型図である。定着ベルト23は、少なくとも基材23aの外周に、
1:フッ素樹脂にポリフッ化ビニリデン、ポリアクリルニトリル、ポリメチルメタクリレートの中から選ばれる少なくとも1種類のポリマーとモノマー電解質を含有した離型層23d。
を積層した定着用回転体である。必要に応じて、以下の層を付け加えても良い。
2:シリコーンゴムに代表されるような柔軟で耐熱性のある材料からなる弾性層23b。
3:弾性層23bと離型層23dを接着させるための接着層23c。
また、本発明の機能を損なわない範囲であれば上記層の複数化は何ら問題ない。
基材23aとしては、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、ニッケルなどの金属や合金、ポリイミドなどの耐熱性樹脂が用いられる。
弾性層23bは、定着時にトナーとの接触面積を多くするべく、弾性を耐熱性ベルト23に付与させるものである。
このような機能を発現させる上で、フィラーの種類や添加量に応じて、弾性を調整することができるため、弾性層23bは付加硬化型シリコーンゴムの硬化物で構成することが好ましい。また、その架橋度を調整することで、弾性を調整することもできる。
基材23a上への弾性層23bの形成は公知の成型法、例えばリングコート法、ビーム塗工法等により形成すればよい。
接着層23cはシリコーンゴム接着剤タイプとシリコーンプライマータイプのどちらを用いても構わない。シリコーンゴム接着剤タイプであれば、以下の材料を用いることで弾性層23bと離型層23dを強固に接着することが可能となる。
タイプA:市販されている付加型シリコーンゴム接着剤。
タイプB:接着性付与剤を配合していない付加型シリコーンゴム組成物に接着性付与剤を配合した組成物。
シリコーンゴム接着剤には、充填剤として各種の導電性付与剤、または帯電防止剤を使用しても良い。例えば、導電性付与材としては導電性カーボンブラック、グラファイト、銀、銅、ニッケルなどの金属粉、導電性亜鉛華、導電性炭酸カルシウム、カーボン繊維などがあるが導電性カーボンブラックが一般的である。
耐熱性ベルト23に具備される離型層23dは、トナーに対する離型性は純粋なフッ素樹脂の特性を維持しつつ、電荷減衰性能が高いことが特徴である。それは、メインバインダーのフッ素樹脂に含有させる添加剤が少量で電荷減衰性能が高いことによるものである。
具体的なフッ素樹脂を列挙すれば次の通りである。ポリビニリデンフルオライド、ポリフッ化ビニルなどの単独ポリマー、エチレンと4フッ化エチレンとの2元共重合体(以下ETFEと略す)、エチレンと3フッ化塩化エチレンとの2元共重合体、4フッ化エチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの2元共重合体(以下PFAと略す)、4フッ化エチレンと6フッ化ポリプロピレンとの2元共重合体などである。なかでも成形性、耐熱性、耐屈曲性などの点からPFAとETFEとがより好ましい。
メインバインダーのフッ素樹脂に含有させるポリマーとしてはポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアクリルニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)が好ましい。
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアクリルニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)のフッ素樹脂に対する添加量はフッ素樹脂100部に対して0.05部以上5部以下が好ましい。ここで添加量には溶剤の量は含まない原料のみの量である。0.05部以下では電荷減衰効果が不足し、5部以上では加工性が悪化する。
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアクリルニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)は単独で用いても良いし混合で用いても良い。
メインバインダーのフッ素樹脂に含有させるモノマー電解質としては、高耐熱性の観点よりフッ素系の界面活性剤が好ましい。
フッ素系界面活性剤の中では、フルオロアルキルスルホン酸誘導体のスルホン酸、ジスルホン酸、スルホンイミド、スルホンアミドから選ばれる以下の物質が好適に用いられる。
前記材料を用いて、公知の成型法、例えば押し出し成型法などでチューブ形状にしたものが強度、耐久面で優れるため好ましい。
離型層23dのフッ素樹脂チューブは接着層23cを塗布後に被覆させても良いし、金型に予めフッ素樹脂チューブをセットする方式を用いて成型しても良い。
耐熱性ベルト23に具備される離型層23dは、トナーに対する離型性は純粋なフッ素樹脂の特性を維持しつつ、電荷減衰性能が高いことが特徴であるが、併せて耐熱性ベルト23の接着層23cを低抵抗化または帯電防止性能を付与することで、更に良好な電荷減衰性能を有する耐熱性ベルト23とすることが出来る。
まず、耐熱性ベルトの基材23aに外形Φ30、厚み30μmのSUS材を用い、基材の上にアルミナフィラーを添加したシリコーンゴム弾性層23bを250μm形成した。(以後ベルト状成形物Aと称す)
次に接着層23cとして、付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV;東レ・ダウコーニング社製の「A液」及び「B液」を等量混合100部)に導電性カーボンブラックとしてケッチェンブラックEC600−JD(商品名、ライオン製)を添加し、体積抵抗値を109Ω・cmに調整したものを用いてベルト状成形物A上に20μmの厚さで均一塗布した。(以後ベルト状成形物Bと称す)
離型層23dは厚み25μmのチューブ形状とし、メインバインダーであるデュポン社製のPFA(商品名:451HP−J)100部に対して、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)0.5部、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)0.5部を含有させたものを用いた。
加圧ローラ24は、芯金24aに外形Φ23の鉄材を用い、芯金24aの上に導電シリコーンゴム弾性層24bを肉厚3.5mmで構成し、最外層の離型層24cとして厚み50μmの絶縁PFAを被覆したものを用いた。
耐熱性ベルト23の基材23aに電圧印加回路25よりマイナス600V印加し、加圧ローラ24の芯金24aは接地した。
以下の手法で剥離オフセットを評価した。本実施例の定着装置を、LBP(レーザービームプリンター)であるHP−Laser Jet P4515(A4 60枚/分)に組み込み、Neenah Paper社製のNeenah Bond 60g/m2紙を低温低湿環境(15℃/10%)に放置した紙にハーフトーン画像パターンを連続50枚通紙して剥離オフセットを評価した。なお、本評価に用いているトナーはマイナス極性に帯電する特性を持つネガトナーを用いて評価している。
◎:全く発生しない。
○:極軽微かつ部分的に発生する。よく見れば判るレベル。
△:軽微かつ部分的に発生する。問題ないレベル。
×:長手全域にシャープなスジ状で発生する。
トナー汚れの評価には炭酸カルシウムを填料としたBoise Cascade社製の75g/m2(商品名:X−9)を用いて評価した。
◎:全く発生しない。
○:加圧ローラに軽微な汚れが発生するが、紙上には付着しない。
×:加圧ローラが醜く汚れ、紙上にも付着する。
離型層23dのフッ素樹脂チューブのメインバインダーであるPFA100部に対する、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)の配合を表1に記載したように変更した以外は実施例1と同様とする。
離型層23dのフッ素樹脂チューブのメインバインダーであるPFA100部に対する、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)の配合を表1に記載したように変更した以外は実施例1と同様とする。
離型層23dのフッ素樹脂チューブを、メインバインダーであるデュポン社製のPFA(商品名:451HP−J)100部に対して、ポリアクリルニトリル(PAN)0.5部、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)0.5部を含有させたものを用いた以外は実施例1と同様とする。
離型層23dのフッ素樹脂チューブを、メインバインダーであるデュポン社製のPFA(商品名:451HP−J)100部に対して、ポリメチルメタクリレート(PMMA)0.5部、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)0.5部を含有させたものを用いた以外は実施例1と同様とする。
離型層23dのフッ素樹脂チューブを、メインバインダーであるデュポン社製のPFA(商品名:451HP−J)100部に対して、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)0.5部、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホン酸二リチウム塩(LiO3SCF2CF2CF2SO3Li)0.5部を含有させたものを用いた以外は実施例1と同様とする。
離型層23dのフッ素樹脂チューブを、メインバインダーであるデュポン社製のPFA(商品名:451HP−J)100部に対して、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)0.5部、シクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミドカリウム塩(CF2(CF2SO2)2NK)0.5部を含有させたものを用いた以外は実施例1と同様とする。
離型層23dのフッ素樹脂チューブを、メインバインダーであるデュポン社製のPFA(商品名:451HP−J)100部に対して、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)0.5部、ノナフルオロブタンスルホンアミドカリウム塩(C4F9SO2NHK)0.5部を含有させたものを用いた以外は実施例1と同様とする。
接着層23cとして、付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV;東レ・ダウコーニング社製の「A液」及び「B液」を等量混合100部)に導電性カーボンブラックとしてケッチェンブラックEC600−JD(商品名、ライオン製)を添加し、体積抵抗値を1011Ω・cmに調整したものを用いた以外は実施例1と同様とする。
接着層23cとして、付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV;東レ・ダウコーニング社製の「A液」及び「B液」を等量混合100部)にモノマー電解質としてトリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)を添加し、体積抵抗値を1013Ω・cmに調整したものを用いた以外は実施例1と同様とする。
接着層23cとして、付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV;東レ・ダウコーニング社製の「A液」及び「B液」を等量混合100部)に導電性カーボンブラックとしてケッチェンブラックEC600−JD(商品名、ライオン製)とモノマー電解質としてトリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)を添加し、体積抵抗値を1012Ω・cmに調整したものを用いた以外は実施例1と同様とする。
接着層23cとして、付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV;東レ・ダウコーニング社製の「A液」及び「B液」を等量混合100部)を用いた以外は実施例1と同様とする。
耐熱性ベルト23に電圧を印加せずに基材を接地した以外は実施例1と同様とする。
図3に示すように電圧印加回路を2個(25、26)定着装置6に設け、1つは加圧ローラ24の芯金24aにプラス400V印加し、もう1つは実施例1と同様に耐熱性ベルト23基材にマイナス600Vの電圧を印加する構成とした。なお、耐熱性ベルト23は実施例1と同様とする。
実施例1と同様の耐熱性ベルト23の基材23a上に弾性層は形成せずに、実施例1と同様の接着層23cと離型層23dを形成した。加圧ローラ24、電圧印加手段25構成も実施例1と同様とした。
基材23a、弾性層23bは実施例1と同様のものを用い、接着層23cは付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV;東レ・ダウコーニング社製の「A液」及び「B液」を等量混合100部)のみで構成し、離型層23dのフッ素樹脂チューブは、メインバインダーであるデュポン社製のPFA(商品名:451HP−J)のみで構成したものを用いた。耐熱性ベルト23、加圧ローラ24は共に電圧を印加せずに接地した。
耐熱性ベルト23の基材23aにマイナス600V印加した以外は比較例1と同様とする。
離型層23dのフッ素樹脂チューブを、メインバインダーであるデュポン社製のPFA(商品名:451HP−J)100部に対して、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3SO3Li)1.0部を含有させたものを用いた以外は実施例1と同様の構成とする。
加圧ローラ24の離型層24cのフッ素樹脂チューブを、デュポン社製の低抵抗PFA(商品名:C−9068)のみで構成したものを用いた以外は比較例1と同様の構成とする。
実施例2は比較例1から比較例3に対して剥離オフセットは良化している。しかし、実施例3と比較して、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)のフッ素樹脂に対する添加量が少ないために剥離オフセットの効果が劣る結果となった。従ってポリフッ化ビニリデン(PVDF)の添加量はフッ素樹脂100部に対して0.05部以上であることが好ましい。
実施例8、実施例9より、ポリアクリルニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)でもポリフッ化ビニリデン(PVDF)と同様に良好な効果が得られた。
実施例10から実施例12より、ジスルホン酸、スルホンイミド、スルホンアミドでもスルホン酸と同様に良好な結果が得られた。
実施例1、実施例13及び実施例16より、接着層23cに導電性粒子としてケッチェンブラックを含有させると、接着層23cの体積抵抗値が低いほど剥離オフセットに良好な結果が得られることがわかる。
実施例18より耐熱性ベルト23、加圧ローラ24の両方に電圧を印加し耐熱性ベルトと加圧ローラの電位差を大きくすることで剥離オフセット、加圧ローラ汚れ共に全く無い状態にすることも可能であった。また、定着用回転体と加圧部材の少なくとも一方に、記録材上の画像を記録材に押し付ける向きの電圧を印加すればよいこともわかった。
実施例19より耐熱性ベルト23に弾性層23bを具備しない構成においても剥離オフセットに良好な結果が得られた。
22 ヒータ
23 定着ベルト
24 加圧ローラ
25、26 電圧印加手段
Claims (15)
- 加圧部材と記録材を挟持搬送しつつ、記録材上のトナー像と接して加熱するための定着用回転体であって、少なくとも基材と離型層を有する定着用回転体において、
前記離型層が、フッ素樹脂に、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリルニトリル、ポリメチルメタクリレートの中から選ばれる少なくとも1種類のポリマーと、モノマー電解質と、を含有し、前記フッ素樹脂100部に対する前記ポリマーの含有量は、0.01部以上5部以下であることを特徴とする定着用回転体。 - 前記フッ素樹脂100部に対する前記ポリマーの含有量は、0.05部以上5部以下であることを特徴とする請求項1に記載の定着回転体。
- 前記モノマー電解質はフッ素系界面活性剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着用回転体。
- 前記フッ素系界面活性剤はフルオロアルキルスルホン酸誘導体であることを特徴とする請求項3に記載の定着用回転体。
- 前記フルオロアルキルスルホン酸誘導体は、スルホン酸、ジスルホン酸、スルホンイミド、スルホンアミドのうちのいずれかを含むことを特徴とする請求項4に記載の定着用回転体。
- 前記基材と前記離型層の間に接着層を有し、前記接着層が導電性粒子を含むことを特徴とする請求項1乃至5いずれか一項に記載の定着用回転体。
- 前記基材と前記離型層の間に接着層を有し、前記接着層がモノマー電解質を含有していることを特徴とする請求項1乃至5いずれか一項に記載の定着用回転体。
- 前記基材と前記離型層の間に接着層を有し、前記接着層が導電性粒子とモノマー電解質を含有していることを特徴とする請求項1乃至5いずれか一項に記載の定着用回転体。
- 前記基材と前記離型層の間に弾性層を有することを特徴とする請求項1乃至5いずれか一項に記載の定着用回転体。
- 前記弾性層と前記離型層の間に接着層を有し、この接着層が導電性粒子を含むことを特徴とする請求項9に記載の定着用回転体。
- 前記弾性層と前記離型層の間に接着層を有し、この接着層がモノマー電解質を含有していることを特徴とする請求項9に記載の定着用回転体。
- 前記弾性層と前記離型層の間に接着層を有し、この接着層が導電性粒子とモノマー電解質を含有していることを特徴とする請求項9に記載の定着用回転体。
- 前記離型層はチューブであることを特徴とする請求項1乃至12いずれか一項に記載の定着用回転体。
- 定着用回転体と、前記定着用回転体と共に画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱するためのニップ部を形成する加圧部材と、を有する定着装置において、
前記定着用回転体が請求項1乃至13のいずれか一項に記載の定着用回転体であることを特徴とする定着装置。 - 前記定着用回転体と加圧部材の少なくとも一方に、記録材上の画像を記録材に押し付ける向きの電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする請求項14に記載の定着装置。
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