JP6570339B2 - 定着用部材及び加圧ローラ - Google Patents
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Description
図6は、本発明に従う画像加熱装置を定着装置Aとして搭載した画像形成装置の一例の概略構成を示す断面模式図である。
図1は定着装置Aの概略断面図である。この定着装置Aは、フィルム(ベルト)加熱方式の装置であり、以下にその概略構成について説明する。以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、軸線方向とは用紙の面において用紙搬送方向と直交する方向である。長さとは軸方向の寸法である。
図2は図1に示す加圧ローラ4の俯瞰模型図(外観斜視模型図)である。図1と図2に示す加圧ローラ4は、鉄やアルミニウム等の材質の基体(基層、芯金)4aと、以下で詳述する材料、製造法にて得られるシリコーンゴムからなる弾性層4bと、フッ素樹脂チューブなどの離形層4cを有する。
(4−1)液体組成物配合工程
未架橋付加硬化型液状シリコーンゴムに針状フィラー4b1と吸水性ポリマーに水を含ませた含水材料を配合する。配合は、未架橋付加硬化型液状シリコーンゴムと針状フィラー4b1と含水材料を所定の量を秤量し、遊星式の万能混合攪拌機など、公知のフィラー混合撹拌手段により分散させることが可能である。
(4−2−1)金型
図7の(a)は本実施形態において加圧ローラ4の注型製造に用いる金型11の分解斜視図である。(b)は金型11を構成している中空金型5と一端側駒型6および他端側駒型7の縦断面図である。金型11は、円柱状の成形空間(以下、キャビティと記す)53を有する中空金型(中空円筒状金型、パイプ状筒型)5と、この中空金型5の一端側開口部51と他端側開口部52に対してそれぞれ装着される一端側駒型6および他端側駒型7とを有する。
基体4aは、弾性層4bが形成される部分に予め公知のプライマー処理を行った。プライマー処理を行わずに弾性層4bと基体4aが層間接着する場合は、プライマーを用いなくても良い。
上記のようにキャビティ53内に基体4aを設置した金型11を、図10のように、一端側駒型6側を下側とし他端側駒型7を上側として、対向する下側治具12と上側治具13との間に縦姿勢の状態で押さえ込ませて固定して保持させる。金型11の一端側駒型(以下、下部駒型と記す)6側は下側治具12の受け穴12aに嵌入して受け止められている。金型11の他端側駒型(以下、上部駒型と記す)7側は上側治具13の受け穴13aに嵌入して受け止められている。
液体組成物注型後(注型工程の終了後)、金型11を上下の治具12、13から外す。このとき、金型11内の液体組成物が下部駒型6や上部駒型7の外側開口部から流出しないように下部駒型6と上部駒型7の外側開口部を盲板などの取り付けにより密閉する。そして、金型11を密閉した状態で、水の沸点以下の温度で5分〜120分熱処理し、シリコーンゴム成分を架橋硬化する。熱処理温度としては、60〜90℃が望ましい。密閉下であるので、含水材料中の水分を保持したまま、シリコーンゴム成分を架橋硬化させることができる。
金型11を適宜、水冷や空冷を行った後、架橋硬化後の液体組成物層が積層された基体4aを脱型する。
基体4aに積層した架橋硬化後の液体組成物層を加熱処理により脱水し、空隙4b2を形成する(ゴムが架橋してなる層から含水材料中の水分を蒸発させ、多孔質の他行弾性層を形成する工程)。熱処理条件としては、100℃〜250℃、1〜5時間が望ましい。
接着剤を用いて、弾性層4b上に離型層(フッ素系樹脂層)4cであるフッ素樹脂製チューブを被覆し、一体化する。接着剤を用いずに弾性層4bと離型層4cが層間接着する場合は、接着剤を用いなくても良い。
図3と図4を用いて、弾性層4bについてさらに詳しく説明する。図4は、直径D及び長さLの針状フィラー4b1の拡大斜視図である。針状フィラー4b1は、弾性層4b中で基体4aの面方向に配向して存在している。なお、針状フィラー4b1の物性等については後述する。
弾性層4bのベースポリマーは付加硬化型液状シリコーンゴムを架橋硬化することで得られる。付加硬化型液状シリコーンゴムはビニル基等の不飽和結合を有するオルガノポリシロキサン(A)と、Si−H結合(ヒドリド)を有するオルガノポリシロキサン(B)とを有する未架橋シリコーンゴムである。加熱等によりビニル基等の不飽和結合に対してSi−Hが付加反応することで架橋硬化が進行する。反応を促進する触媒として(A)には白金化合物を含有するのが一般的である。この付加硬化型液状シリコーンゴムは、本発明の目的を損なわない範囲で流動性を調節できる。
弾性層4b中には、配向した針状フィラー4b1と空隙4b2とが共存する。そのため、針状フィラー4b1と空隙4b2とが相互に干渉しない状態で配置できることが重要である。
針状(細長い繊維形状)のフィラー4b1は配向された向きに熱を伝えやすい熱伝導異方性(針状フィラーの長軸方向(長さ方向)の熱伝導がよりも高い特性)を有している。針状とは、一方向のみに他方向に比べて長さを有する形状を指し、主に、短軸径と長軸長さによってその形状を表すことができる。図4に示すように、直径Dに対する長さLの比が大きい、すなわちアスペクト比が高い材料が使用できる。フィラー底面の形状は円状でも角状でも構わず、前述した成形方法で配向する材料で有れば適用可能である。このような材料として、ピッチ系炭素繊維(炭素繊維)が挙げられる。
なお、本発明においては、発明の特徴の範囲を超えない限りは、弾性層4b中に、本発明に記載されていないフィラーや充填材や配合剤が、公知の課題の解決手段として含まれていても構わない。
実施例の加圧ローラ4では以下の材料を使用した。定着装置Aに導入可能な最大幅サイズの用紙の幅Wmaxは所謂中央基準で横送り搬送されるA4用紙の幅297mmである。即ち、図2のように、加圧ローラ4の通紙部Sの幅は297mmである。非通紙部Eは加圧ローラ4の両端部から約8mm幅の部分である。
<商品名:XN−100−05M(日本グラファイトファイバー(株)製)>
平均繊維直径D:9μm
平均繊維長L:50μm
熱伝導率:900W/(m・K)
この針状フィラーを以下、100−05Mと記す。
<商品名:XN−100−15M(日本グラファイトファイバー(株)製)>
平均繊維直径D:9μm
平均繊維長L:150μm
熱伝導率:900W/(m・K)
この針状フィラーを以下、100−15Mと記す。
平均繊維直径D:10μm
平均繊維長L:1mm
熱伝導率:900W/(m・K)
この針状フィラーを以下、100−01Zと記す。
未架橋付加硬化型液状シリコーンゴムに、針状フィラー「100−05M」を5体積%、含水材料を10体積%混合した。次に、内部に基体4aを設置済みのパイプ状筒型に弾性層形成用の液体組成物を注型し、架橋・脱型・脱水の工程を経て、弾性層4bを形成した。さらに、離型層4cは、接着剤を用いて弾性層4b上にPFAフッ素樹脂チューブを被覆した。このようにして、本実施例1の加圧ローラ4を得た。
実施例1と同様の方法で、表1に示した処方により、本実施例2の加圧ローラ4を得た。
未架橋付加硬化型液状シリコーンゴムに、針状フィラー「100−15M」を25体積%、含水材料を30体積%混合した液体組成物Aと、針状フィラー「100−05M」を3体積%、含水材料を30体積%混合した液体組成物Bを用意した。そして、図12で説明した要領で弾性層を注型成形した。
実施例3と同様の方法で、表1に示した処方により、本実施例4の加圧ローラ4を得た。
実施例1と同様な方法で、上記に挙げた液体組成物ではなく、弾性層4bに熱伝導率0.4W/(m・K)の付加硬化型シリコーンゴムを用いて、本比較例1の加圧ローラ4を得た。
実施例1と同様な方法で、針状フィラー「100−01Z」を45体積%、含水材料を45体積%混合した液体組成物を使用した場合では、成形上困難であり、評価に適した本比較例2の加圧ローラを得ることができなかった。
実施例1と同様な方法で、針状フィラー「100−05M」を5体積%、含水材料を80体積%混合した液体組成物を使用した場合では、成形上困難であり、評価に適した本比較例3の加圧ローラを得ることができなかった。
<面方向及び厚み方向の熱伝導率>
加圧ローラ4の通紙部Sの弾性層4bの切り出しサンプル4bs(図3の(b))の熱伝導率測定を以下のように行った。
非通紙部昇温評価には、上記方法にて作製した実施例1〜4、比較例1の加圧ローラ4をそれぞれ搭載した図1に記載のフィルム加熱方式の定着装置Aを使用した。
定着装置Aの立ち上がり時間の評価には、上記の定着装置Aに、通紙を行わない空回転状態において、ヒータスイッチが入ってから、定着フィルム3の表面温度が180℃になるまでの時間を測定した。
表1に、熱伝導フィラーである針状フィラー4b1の種類、含有割合、空隙割合を示した。また、通紙部Sの面方向熱伝導率λ1、厚み方向熱伝導率λ2、及び面方向と厚み方向の熱伝導率比α、非通紙部Eの厚み方向の熱伝導率λ3、λ3とλの熱伝導率比β、非通紙部温度、立ち上がり時間の評価結果を示した。
本実施例5及び後述する実施例6、7の加圧ローラは、実施例1乃至4の加圧ローラ4について、更に、ニップ部Nに導入された用紙(記録材)Pの所謂後端はねを抑制することができるものである。
針状フィラー4b1の平均長さは、上記シリコーンゴム成分加熱除去後の針状フィラー4b1の顕微鏡観察による一般的な方法により、求める事ができる。
・レーザーフラッシュ法熱定数測定装置(商品名:TC−7000、アルバック理工株式会社製)による熱拡散率
・示差走査熱量測定装置(商品名:DSC、日立ハイテクサイエンス社製)による定圧比熱
・乾式自動密度計(商品名:アキュピック1330−1、株式会社島つ製作所製)による密度
から求めることができる。計算式は以下のとおりである。
このようなフィラーを入れた加圧ローラに対し、熱伝導率の測定を行った。
図14は本実施例6における加圧ローラ4の縦断面模式図である。基体である芯金4aは長手に沿ってストレート形状(基体4aの軸方向厚さがストレート形状)とし、その外径は24mmとした。弾性層4bは中心位置と中心から149mm位置で厚さが異なる逆クラウン形状となっており、中心位置では弾性層の厚さが3mm、中心から149mmの位置では弾性層の厚さを3.5mmとした。即ち、加圧ローラ4の外径は逆クラウン形状となっている。これは紙しわに対して良好な形状である。
基体である芯金4aは中空形状であってもよい。図15は図13(実施例5)の加圧ローラ4の芯金4aを中空の芯金としたものを示している。中空芯金であっても、実施例5および実施例6と同様に、弾性層4bの厚さを中心位置より端部位置において厚くすることにより、加圧ローラ4端部の膨張を抑制でき、後端はねを抑制することができる。従来例との比較実験の結果を図16に示した。
(1)上述した実施例1〜7では、定着用部材として回転体である加圧ローラ4を用いた例を説明したがこれに限らない。例えば、定着用部材4は、回転体である無端状の加圧ベルトの形態であってもよい。より具体的には、基体(基層)4aとして、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の薄肉耐熱性樹脂もしくはステンレス(SUS)やニッケル(Ni)等の薄肉金属からなる無端状(ベルト状)の部材を用いる。この基体の上に前記のような構成の弾性層4bを具備させた形態である。
Claims (14)
- 記録材上のトナー像を定着するために用いられる定着用部材であって、
基層と、
前記基層の上に設けられ、針状フィラーを含有する多孔質の弾性層と、を有し、
前記弾性層には前記針状フィラーが5〜40体積%含有され、前記弾性層の空隙率は、10〜70体積%であり、
前記定着用部材の記録材と接触し得る第1の領域において前記弾性層の長手方向の熱伝導率は厚さ方向の熱伝導率の6〜900倍であり、前記定着用部材の長手方向において前記第1の領域よりも外側の第2の領域における前記弾性層の厚さ方向の熱伝導率が前記第1の領域における前記弾性層の厚さ方向の熱伝導率よりも大きくなるように、前記第1の領域の前記針状フィラーの前記定着用部材の表面法線方向に対する平均角度は80度以上100度以下であり、前記第2の領域の前記針状フィラーの前記定着用部材の表面法線方向に対する平均角度は80度未満または100度より大きいことを特徴とする定着用部材。 - 前記弾性層の厚さは、前記第1の領域よりも前記第2の領域の方が厚いことを特徴とする請求項1に記載の定着用部材。
- 前記針状フィラーの熱伝導率は、500W/(m・K)以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の定着用部材。
- 前記針状フィラーは、炭素繊維を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の定着用部材。
- 前記針状フィラーは、その短手方向長さが5〜11μmであり、その長手方向長さが100〜1000μmであることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の定着用部材。
- 前記弾性層の上に設けられたフッ素系樹脂層を有することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の定着用部材。
- 前記定着用部材は記録材のトナー像が形成された面とは反対側の面に当接可能であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の定着用部材。
- 記録材上のトナー像を定着するために用いられる加圧ローラであって、
芯金と、
前記芯金の上に設けられ、針状フィラーを含有する多孔質の弾性層と、を有し、
前記弾性層には前記針状フィラーが5〜40体積%含有され、前記弾性層の空隙率は、10〜70体積%であり、
前記加圧ローラの記録材と接触し得る第1の領域において前記弾性層の長手方向の熱伝導率は厚さ方向の熱伝導率の6〜900倍であり、前記加圧ローラの長手方向において前記第1の領域よりも外側の第2の領域における前記弾性層の厚さ方向の熱伝導率が前記第1の領域における前記弾性層の厚さ方向の熱伝導率よりも大きくなるように、前記第1の領域の前記針状フィラーの前記加圧ローラの表面法線方向に対する平均角度は80度以上100度以下であり、前記第2の領域の前記針状フィラーの前記加圧ローラの表面法線方向に対する平均角度は80度未満または100度より大きいことを特徴とする加圧ローラ。 - 前記弾性層の厚さは、前記第1の領域よりも前記第2の領域の方が厚いことを特徴とする請求項8に記載の加圧ローラ。
- 前記針状フィラーの熱伝導率は、500W/(m・K)以上であることを特徴とする請求項8または9に記載の加圧ローラ。
- 前記針状フィラーは、炭素繊維を有することを特徴とする請求項8乃至10の何れか一項に記載の加圧ローラ。
- 前記針状フィラーは、その短手方向長さが5〜11μmであり、その長手方向長さが100〜1000μmであることを特徴とする請求項8乃至11の何れか一項に記載の加圧ローラ。
- 前記弾性層の上に設けられたフッ素系樹脂層を有することを特徴とする請求項8乃至12の何れか一項に記載の加圧ローラ。
- 前記加圧ローラは記録材のトナー像が形成された面とは反対側の面に当接可能であることを特徴とする請求項8乃至13の何れか一項に記載の加圧ローラ。
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