JP7443136B2 - 定着部材及び熱定着装置 - Google Patents
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Description
加熱部材は、被記録材上の未定着のトナー像が接する部材であり、加圧部材は、加熱部材に対向配置される部材である。定着部材の形状としては、ローラ形状やエンドレスベルト形状を有する回転可能なものがある。これらの定着部材には、金属又は耐熱性樹脂等で形成された基体上に、例えば、架橋シリコーンゴムの如きゴムと、熱伝導性粒子とを含む弾性層を有するものが用いられている。
特許文献1は、熱伝導性粒子に加えて、酸化鉄粒子を配合することで耐熱耐久性を向上させた定着ベルト用シリコーンゴム組成物を開示している。
本開示の一態様は、耐熱性がより一層改善された定着部材の提供に向けたものである。また、本開示の他の態様は、耐久性に優れた熱定着装置の提供に向けたものである。
ゴムと、
該ゴム中に分散された熱伝導性粒子と、
該ゴム中に分散された酸化鉄粒子と、を含み、
該熱伝導性粒子の該弾性層中の含有量が30体積%以上50体積%以下であり、
該酸化鉄粒子の該弾性層中の含有量が0.01体積%以上1.0体積%以下であり、
該熱伝導性粒子は、
酸化アルミニウム、金属ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及び炭化ケイ素からなる群から選択される少なくとも1種であり、
下記工程(i)~(v)によって求める該酸化鉄粒子の偏在指数Mが、0.2以上0.8未満である定着部材が提供される。
(i)該弾性層の厚さ方向の断面の任意の位置に置いた縦40μm、横59μmの長方形の領域の、縦682画素、及び横1024画素の解像度を有する画像内に存在する該酸化鉄粒子の重心座標を求める工程;
(ii)該画像に含まれる画素のうち、該熱伝導性粒子を表示する画素を除いた画素に対する各点から、該各点に最も近接している該熱伝導性粒子の外表面までの距離を示すユークリッド距離マップを作成する工程;
(iii)該酸化鉄粒子の各々の該重心座標及び該ユークリッド距離マップを参照して、該酸化鉄粒子について、該重心座標の各々から、該重心座標に最も近接している該熱伝導性粒子の外表面までの距離の、0.1μmを区間長とした累積相対度数分布Gaを得る工程;
(iv)該ユークリッド距離マップを参照して、該画像における該熱伝導性粒子を表示する画素を除いた画素に対応する各点について、該各点から、最も近接している該熱伝導性粒子の外表面までの距離の、0.1μmを区間長とした累積相対度数分布Grを得る工程;
(v)熱伝導性粒子の外表面から距離が0.5μmまでの各区間について、該累積相対度数分布Gaの個数の値から、該累積相対度数分布Grの個数の値を減算した値を求め、各区間について得られた該値の総和を区間数5で除して得られる平均値を偏在指数Mとする。
該弾性層は、
ゴムと、
該ゴム中に分散された熱伝導性粒子と、
該ゴム中に分散された酸化鉄粒子と、を含み、
該熱伝導性粒子の該弾性層中の含有量が30体積%以上50体積%以下であり、
該酸化鉄粒子の該弾性層中の含有量が0.01体積%以上1.0体積%以下であり、
該熱伝導性粒子は、
酸化アルミニウム、金属ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及び炭化ケイ素からなる群から選択される少なくとも1種であり、
下記工程(i)~(v)によって求める該酸化鉄粒子の偏在指数Mが、0.2以上、0.8未満である;
(i)該弾性層の厚さ方向の断面の任意の位置に置いた縦40μm、横59μmの長方形の領域の、縦682画素、及び横1024画素の解像度を有する画像内に存在する該酸化鉄粒子の重心座標を求める工程;
(ii)該画像に含まれる画素のうち、該熱伝導性粒子を表示する画素を除いた画素に対応する各点から、該各点に最も近接している該熱伝導性粒子の外表面までの距離を示すユークリッド距離マップを作成する工程;
(iii)該酸化鉄粒子の各々の該重心座標及び該ユークリッド距離マップを参照して、該酸化鉄粒子について、該重心座標の各々から、該重心座標に最も近接している該熱伝導性粒子の外表面までの距離の、0.1μmを区間長とした累積相対度数分布Gaを得る工程;
(iv)該ユークリッド距離マップを参照して、該画像における該熱伝導性粒子を表示する画素を除いた画素に対応する各点について、該各点から、最も近接している該熱伝導性粒子の外表面までの距離の、0.1μmを区間長とした累積相対度数分布Grを得る工程;
(v)該熱伝導性粒子の外表面から距離が0.5μmまでの各区間について、該累積相対度数分布Gaの個数の値から、該累積相対度数分布Grの個数の値を減算した値を求め、各区間について得られた該値の総和を区間数5で除して得られる平均値を偏在指数Mとする。
弾性層4を構成するゴムの劣化による軟化の主要因の一つとして、熱伝導性粒子7中から拡散されるアルカリ、アルカリ土類金属イオン等の不純物による劣化が挙げられる。これら不純物によりゴムの結合が切断されることで、ゴムが軟化する。
酸化鉄粒子8はこれら不純物をトラップすることで劣化による軟化を抑制する効果があると考えられる。そのため、図1(b)に示すように、酸化鉄粒子8を不純物の発生源である熱伝導性粒子7の近傍に偏在させることで、不純物をより効率的にトラップすることができ、ゴムの劣化による軟化の更なる抑制ができたものと考えられる。
本開示の一態様に係る定着部材の詳細について図面を用いて説明する。
本開示の一態様に係る定着部材は、加熱部材または加圧部材であってよく、例えば、ローラ形状やエンドレスベルト形状の如き回転可能な部材(以降、各々、「定着ローラ」、「定着ベルト」ともいう)とすることができる。なお、本開示に係る定着ベルトとは、定着フィルムを包含する。
図2(a)は、定着ベルトの周方向の断面図であり、図2(b)は、定着ローラの周方向の断面図である。図2(a)及び図2(b)に示すように、定着部材は、基体3と、基体3の外表面上の弾性層4と、該弾性層4の外表面上の表層(離型層)6とを有する。また、弾性層4と表層6との間に、接着層5を有することもでき、この場合、表層6は、弾性層4の外周面に接着層5により固定されている。
基体の材質は特に限定されず、定着部材の分野で公知の材料を適宜用いることができる。基体を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅の如き金属やステンレス鋼の如き合金、ポリイミドの如き樹脂が挙げられる。
ここで、熱定着装置が、定着部材の加熱手段として、誘導加熱方式により、基体を加熱する熱定着装置である場合、基体は、ニッケル、銅、鉄、及び、アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属で構成される。中でも、特に、発熱効率の観点から、ニッケルや鉄を主成分とした合金が好適に用いられる。なお、主成分とは、対象物(ここでは基体)を構成する成分のうち、最も多く含まれる成分を意味する。
弾性層は、熱定着装置においてニップを確保するために定着部材に柔軟性を付与するための層である。なお、定着部材を、紙上のトナーと接する加熱部材として用いる場合には、弾性層は、定着部材の表面が、紙の凹凸に追従し得るような柔軟性を付与するための層としても機能する。
弾性層は、マトリックスとしてのゴムと、該ゴム中に分散された粒子とを含む。より具体的には、弾性層は、ゴムと、熱伝導性粒子と、酸化鉄粒子とを含み、ゴムの原料(ベースポリマー、架橋剤等)と、熱伝導性粒子と、酸化鉄粒子とを少なくとも含む組成物を硬化させた硬化物から構成される。
シリコーンゴム組成物は、例えば、熱伝導性粒子、酸化鉄粒子、ベースポリマー、架橋剤及び触媒、並びに、必要に応じて、添加剤を含むことができる。シリコーンゴム組成物は液状のものが多いため、熱伝導性粒子が分散しやすく、熱伝導性粒子の種類や添加量に応じて、その架橋度を調整することで、作製する弾性層の弾性を調整し易いため好ましい。
本開示に係る定着部材が定着ベルトである場合、弾性層の厚さは、例えば、200μm~500μmとすることが好ましい。
マトリックスは、弾性層において弾性を発現する機能を担う。マトリックスは、上記した弾性層の機能を発現させる観点から、シリコーンゴムを含むことが好ましい。シリコーンゴムは、非通紙部領域で240℃程度の高温になる環境においても柔軟性を保持できる高い耐熱性を有しており、好ましい。当該シリコーンゴムとしては、例えば、後述する付加硬化型の液状シリコーンゴムの硬化物(以降、「硬化シリコーンゴム」ともいう)を用いることができる。
付加硬化型の液状シリコーンゴムは、通常、下記成分(a)~(c)を含む:
成分(a):不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン;
成分(b):ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサン;
成分(c):触媒。
(3-1-2)成分(a)
不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンは、ビニル基の如き不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンであり、例えば、下記構造式(1)及び構造式(2)に示すものが挙げられる。
・非置換炭化水素基
アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基)。
アリール基(例えば、フェニル基)。
・置換炭化水素基
置換アルキル基(例えば、クロロメチル基、3-クロロプロピル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基、3-シアノプロピル基、3-メトキシプロピル基)。
ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサンは、触媒の作用により、成分(a)の不飽和脂肪族基と反応し、硬化シリコーンゴムを形成する架橋剤として機能する。
成分(b)としては、Si-H結合を有するオルガノポリシロキサンであれば、いずれのものも用いることができる。特に、成分(a)の不飽和脂肪族基との反応性の観点から、1分子中における、ケイ素原子に結合した水素原子の数が平均3個以上のものが好適に用いられる。
シリコーンゴムの形成に用いる触媒としては、例えば、硬化反応を促進するためのヒドロシリル化触媒を挙げることができる。ヒドロシリル化触媒としては、例えば、白金化合物やロジウム化合物などの公知の物質を用いることができる。触媒の配合量は適宜設定することができ、特に限定されない。
熱伝導性粒子は、それ自体の熱伝導率、比熱容量、密度、粒径等を考慮して選択される。無機物、特に金属、金属化合物等の伝熱特性を向上させる目的で用いられる熱伝導性粒子としては、以下を挙げることができ、複数種を組み合わせても良い。酸化アルミニウム、金属ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及び炭化ケイ素。
酸化鉄粒子の種類としては、酸化鉄(II)、酸化鉄(III)のいずれか、若しくはその混合物でも良い。また、シリコーンゴムへの親和性の観点から、表面処理を行ってもよい。具体的には、シランカップリング剤やヘキサメチルジシラザン、シリコーンオリゴマー等で表面処理される。
弾性層中の硬化シリコーンゴムの組成は、赤外分光分析装置(FT-IR)(例えば、商品名:Frontier FT IR、PerkinElmer社製)を用いた全反射(ATR)測定を行うことにより確認可能である。シリコーンの主鎖構造であるケイ素-酸素結合(Si-O)は、伸縮振動に伴い波数1020cm-1付近に強い赤外吸収を示す。さらに、ケイ素原子に結合したメチル基(Si-CH3)は、その構造に起因する変角振動に伴い、波数1260cm-1付近に強い赤外吸収を示すことから、その存在を確認することが可能である。
接着層は、弾性層と、表層とを接着させるための層である。接着層に用いる接着剤は、既知のものから適宜選択して使用することができ、特に限定されない。しかしながら、扱いやすさの観点から、自己接着成分が配合された付加硬化型シリコーンゴムを用いることが好ましい。
この接着剤は、例えば、自己接着成分と、ビニル基に代表される不飽和脂肪族基を分子鎖中に複数有するオルガノポリシロキサンと、ハイドロジェンオルガノポリシロキサンと、架橋触媒としての白金化合物とを含有することができる。弾性層表面に付与された該接着剤を付加反応により硬化することによって、表層を弾性層に接着させる接着層を形成することができる。
・ビニル基等のアルケニル基、(メタ)アクリロキシ基、ヒドロシリル基(SiH基)、エポキシ基、アルコキシシリル基、カルボニル基、及びフェニル基からなる群より選択される少なくとも1種、好ましくは2種以上の官能基を有するシラン。
・ケイ素原子数が2個以上30個以下、好ましくは4個以上20個以下の、環状又は直鎖状のシロキサン等の有機ケイ素化合物。
・分子中に酸素原子を含んでもよい、非ケイ素系(即ち、分子中にケイ素原子を含有しない)有機化合物。ただし、1価以上4価以下、好ましくは2価以上4価以下のフェニレン構造等の芳香環を1分子中に1個以上4個以下、好ましくは1個以上2個以下含有する。かつ、ヒドロシリル化付加反応に寄与し得る官能基(例えば、アルケニル基、(メタ)アクリロキシ基)を1分子中に少なくとも1個、好ましくは2個以上4個以下含有する。
定着部材は、弾性層の基体と対向する側の表面とは反対側の表面上に直接または接着層を介して表層が設けられていることが好ましい。
表層は、定着部材の外表面へのトナーの付着を防止する離型層としての機能を発現させるうえで、フッ素樹脂を含有させることが好ましい。表層の形成には、例えば、以下に例示する樹脂をチューブ状に成形したものを用いることができる。
テトラフルオロエチレン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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)等。
上記例示した樹脂材料中、成形性やトナー離型性の観点から、PFAが特に好適に用いられる。
本態様に係る定着部材は、例えば、以下の工程を含む製造方法によって製造することができる。
まず、上述した材質で構成される基体を用意する。基体の形状は上述したように適宜設定でき、例えば、エンドレスベルト形状とすることができる。この基体の内面には、断熱性や摺動性等の種々の機能を定着部材に付与するための層を適宜形成することができ、基体の外表面にも接着性等の種々の機能を基体に付与するために、表面処理を施すことができる。
弾性層形成工程は以下の工程を有することができる。
(i)熱伝導性粒子、酸化鉄粒子、並びに、シリコーンゴムの原料(例えば、ベースポリマー、架橋剤及び触媒)を含む、弾性層用の組成物を調製する工程(弾性層用の組成物の調製工程)。
(ii)基体上に該組成物を含む層を形成する工程(組成物層の形成工程)。該組成物を、金型成形法、ブレードコート法、ノズルコート法、リングコート法の如き方法で、基体上に適用し、該組成物の層を形成する。
(iii)組成物層を硬化させて、弾性層を形成する工程(硬化工程)。
酸化鉄粒子を熱伝導性粒子近傍に偏在させる手法としては、弾性層用の組成物の調製工程の前に、酸化鉄粒子と熱伝導性粒子を事前に粉体同士で混合することで、熱伝導性粒子表面に酸化鉄粒子を付着させる手法が挙げられる。また、組成物層の形成工程の後に、組成物層が未硬化の状態で電場、磁場等の外場を印加することで、熱伝導性粒子に酸化鉄粒子を引き寄せさせる手法が挙げられる。以下それぞれの手法について詳しく説明する。
熱伝導性粒子と酸化鉄粒子をシリコーンゴム原料と共に混合して弾性層用の組成物を調製すると、粒子は均一に分散され、熱伝導性粒子の近傍に酸化鉄粒子が偏在することはない。
熱伝導性粒子と酸化鉄粒子を紛体同士で事前に混合することで、熱伝導性粒子の表面に酸化鉄粒子を付着させておき、その後シリコーンゴム原料と混合することで、熱伝導性粒子の近傍に酸化鉄粒子を偏在させることができる。
撹拌翼型乾式混合機を用いる場合は、せん断力が掛かりすぎないように比較的低速で長時間撹拌することが好ましい。
熱伝導性粒子、酸化鉄粒子、並びに、シリコーンゴムの原料を含む組成物層の形成工程の後に、組成物層が未硬化の状態で電場を印加することで、熱伝導性粒子近傍に酸化鉄粒子を偏在させることができる。
組成物に電場を印加すると、熱伝導性粒子や酸化鉄粒子は誘電分極を起こし、静電引力によって相互作用が発生し、より小径である酸化鉄粒子が熱伝導性粒子に引き寄せられる。
熱伝導性粒子近傍に酸化鉄粒子を偏在させる一実施形態として、コロナ帯電器を用いる方法を説明する。なお、コロナ帯電方式には、コロナワイヤーと被帯電体の間にグリッド電極を持つスコロトロン方式と、グリッド電極を持たないコロトロン方式があるが、被帯電体の表面電位の制御性の観点から、スコロトロン方式が好ましい。
なお、シールド203及び204の内側に張架される放電ワイヤ205の形状は特に限定されず、例えば、ノコギリ歯のような形状のものや、放電ワイヤを垂直に切断した際の断面形状が円形のもの(円断面形状)を用いることができる。
放電ワイヤ205の(ワイヤに対して垂直に切断した際の切断面における)直径は、40μm以上100μm以下とすることが好ましい。放電ワイヤ205の直径が40μm以上であれば、放電によるイオンの衝突による放電ワイヤの切断や断裂を容易に防ぐことができる。また、放電ワイヤ205の直径が100μm以下であれば、安定したコロナ放電を得る際に、放電ワイヤ205に対して適度な印加電圧をかけることができ、オゾンの発生を容易に防ぐことができる。
(6-5)弾性層上に表層を形成する工程
図4は、シリコーンゴムを含む弾性層4上に、付加硬化型シリコーンゴム接着剤を用いて形成した接着層5を介して表層6を積層する工程の一例を示す模式図である。まず、基体3の外周面に形成された弾性層4の表面に、付加硬化型シリコーンゴム接着剤を塗布する。さらにその外表面に、表層6を形成するためのフッ素樹脂チューブを被覆し、積層させる。なお、フッ素樹脂チューブの内面は、予め、ナトリウム処理やエキシマレーザ処理、アンモニア処理等を施すことで、接着性を向上させることができる。
酸化鉄粒子の偏在状態は、弾性層の断面画像を用いて、熱伝導性粒子と酸化鉄粒子のユークリッド距離マップを作成し、偏在指数Mを導出することで確認できる。以下その手法について説明する。
この反射電子像では、ゴムと熱伝導性粒子と酸化鉄粒子のそれぞれの構成元素に応じて明暗差が異なっている。このような明暗差による3値化は、画像の輝度を256階調に分類することによって実現可能である。
ゴムと熱伝導性粒子と酸化鉄粒子とを判別する手法は、反射電子像における明暗差を用いるものには限られない。例えば、まず、SEM-EDS(Scanning Electron Microscope Energy Dispersive X-ray Spectrometry)により同一視野の元素マッピング画像を取得する。その後、反射電子像と照らし合わせて画像中の各粒子を同定することによっても精度良くゴム、熱伝導性粒子及び酸化鉄粒子を判別できる。
これらの画像にはデジタル画像処理技術を適用して偏在指数化を実施することから、画像は全て格子状に画素の並んだ一般的なデジタル画像フォーマットであることが前提となる。また、2値化画像である第一の画像及び第二の画像は輝度情報のみのグレースケール画像であり、その後これらの画像に対して画像処理を実施して得られる画像は、断りのない限り全て同一フォーマットのグレースケール画像である。
連結の判定法は一般的に2種類の方法があり、画素の上下左右のみ繋がりを有効とする4連結と、さらに斜め方向の繋がりも有効とする8連結がある。ここでは、4連結により繋がりを判定した上で、第一の画像に対してラヴェリング処理を実施し、酸化鉄粒子毎に数字(ラヴェル)が付与した例について述べる。
酸化鉄粒子は小さいながらも大きさを持つため、1つの酸化鉄粒子は複数の画素にまたがっている。本実施例では粒子の位置を表す座標値として、粒子を構成する複数画素の重心座標を適用している。酸化鉄粒子を構成する各画素の座標を(xn、yn)とすると、重心座標(xg、yg)は以下の式1で決定される。
この第三の画像を使って、画像内の全画素について最も近い熱伝導性粒子の外表面までのユークリッド距離を求め、その距離の値をそれぞれの画素の輝度値に置き換えたユークリッド距離マップ像を取得する。ユークリッド距離とは、2つの画素の座標をそれぞれ(x1、y1)、(x2、y2)としたとき、以下の式2で与えられる距離値のことである。
最も単純なアルゴリズムとしては、注目する画素から、輝度値が0となっている熱伝導性粒子に対応する全ての画素との間のユークリッド距離値を求め、その値の中で最も小さな値を検索する、という手法である。このアルゴリズムを使うと、画素数の2乗のオーダーの回数だけ画素間距離の値を計算することになるため、計算量が多く時間のかかる処理となる。そのため、少ない計算量で同じ結果が得られるようなアルゴリズムが多数開発されている。ここでは、逐次型距離変換と呼ばれる手法を適用した例を説明する。
逐次型距離変換では2つの処理が実施される。第一の処理は画像の座標系の原点を画像左上とし、右方向をx軸、下方向をy軸としたとき、原点をスタート地点として右方向に1画素ずつ進む。1行分行き着いたらy方向に1行下がって左から右に向かって1画素ずつ進む。この過程で、以下の処理を逐次実施していく。すなわち、現在位置の画素値をI(x,y)、現在位置から見て1つ左の画素値をI(x-1,y)、現在位置から見て1つ上の画素値をI(x,y-1)とする。このとき、I(x,y)、I(x-1,y)+1及びI(x,y-1)+1の中の最小の値に現在位置の画素値を書き換える、という処理を逐次実施する。
画像の端部では左隣や上に位置する画素が存在しないケースが生まれるが、その場合は3つのうち存在している画素のみを対象に処理を実施する。
第二の処理は、第一の処理と反対の向きに動きながら同じ処理を実施している、と言える。このような処理アルゴリズムを使うと、前述の画素間距離を総当たりする手法で求められるユークリッド距離マップと同じ結果を、画素数×数倍程度のオーダーの計算量で求めることが可能である。上記で説明したアルゴリズム以外にもユークリッド距離マップを導出するアルゴリズムは複数種存在している。いずれの手法も計算の効率化を目的としており、得られる距離マップの値は変わらないため、上記以外のユークリッド距離マップ導出法を使用しても構わない。
まず、重心座標データに記録されている酸化鉄粒子毎の座標を参照し、その座標の位置でのユークリッド距離マップの値を参照・取得する。重心座標の値は画素単位で取得されているので、ユークリッド距離マップについても同様の座標系を使用する。ここでは、左上を(0、0)、右下を(1023、681)とした座標系を使用した例を説明する。
各重心座標における値は、その位置から最も近い熱伝導性粒子の外表面までの距離に相当し、単位は画素単位である。そのため、材料中での実距離に換算するためには、SEM画像の観察倍率・画像サイズに応じた1画素あたりのサイズを乗算する必要がある。図5に示すSEM画像では、1画素の長さが0.058μmに相当しているため、各参照値に0.058μmを乗算した値を実際の距離値とする。
このヒストグラムから、各区間の値を順々に加算し、各区間の値をその区間以下の度数の和となるようにすることで、累積度数分布が得られる。この累積度数分布で、区間値が最大のときに全点数を表すが、この値を100%として全ての度数を規格化したものを、累積相対度数分布Gaと呼ぶ。累積相対度数分布Gaは図7のようになる。
この酸化鉄粒子から熱伝導性粒子の外表面までの距離が短いときの度数の割合がどの程度多くなっているかを定量的に評価するため、酸化鉄粒子が完全にランダムに分布していたときの状態を基準として、そこからの差分を評価する。ランダム分布を基準とする考え方は空間統計学の分野では頻繁に利用され、まずは基準となるランダム分布したときにどのような累積度数分布になるかの期待値を以下のような手順で取得する。
このとき、参照されたユークリッド距離マップ上の値がどのような数値になるかは、距離値の分布に依存する。例えば、距離1が500画素、距離2が300画素、距離3が200画素で構成されるユークリッド距離マップが存在しているとすれば、50%の確率で距離1、30%の確率で距離2、20%の確率で距離3が選択される。このような環境下でランダムサンプリングを続けたとき、サンプリングされた点の50%は距離1、30%は距離2、20%は距離3という分布になるように漸近していく。すなわち、ランダム分布時のヒストグラムの期待値は、第三の画像から作成されたユークリッド距離マップ全体の距離値のヒストグラムと同じになる。そのため、第三の画像から作成されたユークリッド距離マップ上の距離値から累積相対度数分布Grを得ると、ランダム分布時の累積相対度数分布の期待値を得ることができる。なお、この累積相対度数分布Grの区間はGaを求めたときと同様に0.1μm刻みの区間を設定する。このようにして得られた累積相対度数分布Grは図8のようになる。
偏在指数Mは以下の式3で表される。ここでdは熱伝導性粒子の外表面と酸化鉄粒子の距離を示す。
弾性層の任意の5箇所における厚さ方向の断面の各々から偏在指数Mを求めたとき、それぞれの値をM1~M5とする。この時、5箇所のうち少なくとも3箇所における偏在指数Mが0.2以上0.8未満であることで、より耐熱耐久性の向上が図れる。
本開示の他の態様に係る熱定着装置は、加熱部材と、該加熱部材に対向して配置されている加圧部材とを有する。すなわち、熱定着装置は、一対の加熱されたローラとローラ、ベルトとローラ、ベルトとベルト、といった回転体が互いに圧接されるように構成されている。熱定着装置の種類は、熱定着装置が搭載される電子写真画像形成装置全体としてのプロセス速度、大きさ等の条件を勘案して適宜選択される。
以下、熱定着装置の具体例を挙げて、その構成を説明するが、本開示の範囲及び用途はこれに限定されるものではない。
図10は、一対の加熱ベルト11と加圧ベルト12といった回転体が圧接されている、いわゆるツインベルト方式の熱定着装置であり、加熱部材として加熱ベルトを備えた熱定着装置の一例の断面模式図である。加熱ベルトとしては、本開示の一態様に係る定着部材を用いることができる。
ここで、熱定着装置又はこれを構成している部材について、幅方向とは、図10の紙面に垂直の方向である。熱定着装置について、正面とは、記録材Sの導入側の面である。左右とは、装置を正面から見て左又は右である。ベルトの幅とは、装置を正面から見たときの左右方向のベルト寸法である。記録材Sの幅とは、搬送方向に直交する方向の記材体寸法である。さらに、上流又は下流とは、記録材の搬送方向に関して上流又は下流である。
図11は、加熱ベルト-加圧ローラ方式の熱定着装置の例を示す模式図である。図11において、熱定着装置は、本開示の一態様に係る、エンドレス形状を有する定着ベルトとしての加熱ベルト11と、加圧ローラ33と、加熱ベルト11の内部に配置されたセラミックヒータ31とを具備する。セラミックヒータ31は、該定着ベルトを非輻射熱によって加熱するための加熱体である。なお、本開示に係る熱定着装置において、該定着ベルトを加熱するためのヒータとしては、本態様に示す非輻射熱で該定着ベルトを加熱するヒータに限定されるものではない。例えば、輻射熱によって該定着ベルトを加熱することができる、ハロゲンヒータの如きヒータを用いることもできる。
本態様において、定着部材は、非輻射熱によって加熱された定着ベルトを用いて記録材上の未定着トナー像tを定着する定着装置の該定着ベルトとして用いられるものである。
熱定着装置は、加熱ベルト11を保持するための耐熱性および断熱性を有するベルトガイド30を有し、ベルトガイド30が加熱ベルト11と接触する位置(ベルトガイド30の下面のほぼ中央部)に、加熱ベルト11を加熱するセラミックヒータ31を有する。セラミックヒータ31は、ガイド長手に沿って形成具備された溝部に嵌入して固定支持されている。そして、加熱ベルト11は、ベルトガイド30にルーズに外嵌されている。また、加圧用剛性ステイ32は、ベルトガイド30の内側に挿通してある。
そして、記録材Sは、ニップ部Nにおいて加熱ベルト11を介してセラミックヒータ31の下面に密着し、加熱ベルト11と一緒にニップ部Nを移動通過していく。その移動通過過程において、加熱ベルト11の熱が記録材Sに付与され、未定着トナー像tが記録材S面に加熱定着される。ニップ部Nを通過した記録材Sは、加熱ベルト11の外表面から分離して搬送される。
発熱層31bは、例えばAg/Pd(銀/パラジウム)等の電気抵抗材料を、厚さ約10μm、幅1~5mmにスクリーン印刷等により塗工することで形成することができる。保護層31cは、ガラスやフッ素樹脂等で構成することができる。なお、熱定着装置に用いるセラミックヒータは、このようなものに限定されるわけではない。
[実施例1]
(1)液状付加硬化型シリコーンゴム組成物の調製
まず、成分(a)として、シリコーンポリマー(商品名:DMS-V35、Gelest社製、粘度5000mm2/s)を98.6質量部準備した。
該シリコーンポリマーは、分子鎖両末端にのみ不飽和脂肪族基であるビニル基を有し、その他不飽和脂肪族基を含まない非置換炭化水素基としてメチル基を有する。なお、該シリコーンポリマーは、前記構造式(2)において、R3がいずれもメチル基であり、R4がいずれもビニル基であるポリマーである。
次いで、成分(c)としてヒドロシリル化触媒(白金触媒:1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン白金錯体、1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン、及び2-プロパノールの混合物)0.1質量部を、混合物2中に添加して混合物3を得た。
さらに、成分(b)として、シロキサン骨格が直鎖状で、ケイ素に結合した活性水素基を側鎖にのみ有するシリコーンポリマー(商品名:HMS-301、Gelest社製、粘度30mm2/s)を、1.4質量部計量した。これを、混合物3に添加し、十分に混合することで、液状付加硬化型シリコーンゴム組成物を得た。
基体として、内径55mm、幅420mm、厚さ65μmのニッケル電鋳製エンドレスベルトを用意した。なお、一連の製造工程中、エンドレスベルトは、その内部に中子を挿入して取り扱った。まず、基体の外周面に、プライマー(商品名:DY39-051A/B、東レ・ダウコーニング社製)を乾燥重量が50mgとなるように略均一に塗布し、溶媒を乾燥させた後、160℃に設定した電気炉で30分間の焼付け処理を行った。
次いで、該基体を電気炉に入れ、温度160℃で1分間加熱して、該シリコーンゴム組成物層を一次硬化させた後、温度200℃で30分間加熱して該シリコーンゴム組成物層を二次硬化させて弾性層を形成した。
作製した加熱ベルトの任意の5箇所から測定用サンプルを5個切り出し、各サンプルについて前記の方法によって偏在指数M1~M5を導出した。
作製した加熱ベルトを、電子写真方式の複写機(商品名:imagePRESS(登録商標) C850、キヤノン社製)の熱定着装置に組み込んだ。そして、この熱定着装置を、上記複写機に装着した。この複写機を用いて、85枚/分の印刷速度で、A4用紙(商品名:GFC-081、キヤノン社製)を連続通紙した。
画像としては、片面にブラックのハーフトーン画像を形成し通紙した。耐久性評価としては、特に高温がかかる非通紙部について、弾性層の破壊によるベルト外観の変形を観測し、その時の通紙枚数で評価した。
実施例1におけるシリコーンゴム組成物の調製において、熱伝導性粒子を酸化マグネシウム(商品名:SL-WR;神島化学工業社製、平均粒径:10μm)に変更し、配合量を43体積%とした。それ以外は実施例1と同様にしてシリコーンゴム組成物を調製し、加熱ベルトを作製した。また、得られた加熱ベルトについて、実施例1に係る加熱ベルトの評価と同様にして評価した。
実施例1におけるシリコーンゴム組成物の調製において、熱伝導性粒子を酸化アルミニウム(商品名:アルナビーズCB-P10;昭和電工社製、体積平均粒径:8μm)に変更し、配合量を50体積%とした。それ以外は実施例1と同様にしてシリコーンゴム組成物を調製し、加熱ベルトを作製した。また、得られた加熱ベルトについて、実施例1に係る加熱ベルトの評価と同様にして評価した。
実施例1におけるシリコーンゴム組成物の調製において、熱伝導性粒子を酸化亜鉛(商品名:LPZINC-11;堺化学工業社製、体積平均粒径:11μm)に変更し、配合量を45体積%とした。それ以外は実施例1と同様にしてシリコーンゴム組成物を調製し、加熱ベルトを作製した。また、得られた加熱ベルトについて、実施例1に係る加熱ベルトの評価と同様にして評価した。
実施例1におけるシリコーンゴム組成物の調製において、熱伝導性粒子を炭化ケイ素(商品名:緑色炭化ケイ素NG H-BD#1000;大平洋ランダム社製、体積平均粒径:13μm)に変更し、配合量を30体積%とした。それ以外は実施例1と同様にしてシリコーンゴム組成物を調製し、加熱ベルトを作製した。また、得られた加熱ベルトについて、実施例1に係る加熱ベルトの評価と同様にして評価した。
(1)液状付加硬化型シリコーンゴム組成物の調製
まず、実施例1で使用した金属ケイ素粒子と酸化鉄粒子とを事前に混合した。紛体混合機(商品名:スーパーミキサーピッコロ、カワタ社製)に、以下の材料を添加し、3000rpmで1時間混合した後、300rpmで24時間混合して紛体混合物1を得た。
・表面を酸化処理した金属ケイ素(商品名:M-Si#600、キンセイマテック社製、平均粒径7μm)を300g
・酸化鉄粒子(商品名:トダカラー130ED、戸田工業社製、体積平均粒径0.2μm)を5.7g
・ヘキサメチルジシラザン(和光純薬社製)を3.0g
実施例1~5において、コロナ帯電器による電場印加工程を省いた以外は同様にして加熱ベルトを作製した。
2 帯電器
3 基体
4 弾性層
5 接着層
6 表層
7 熱伝導性粒子
8 酸化鉄粒子
Claims (13)
- 基体と、該基体上の弾性層と、を有する定着部材であって、
該弾性層は、
ゴムと、
該ゴム中に分散された熱伝導性粒子と、
該ゴム中に分散された酸化鉄粒子と、を含み、
該熱伝導性粒子の該弾性層中の含有量が30体積%以上50体積%以下であり、
該酸化鉄粒子の該弾性層中の含有量が0.01体積%以上1.0体積%以下であり、
該熱伝導性粒子は、
酸化アルミニウム、金属ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及び炭化ケイ素からなる群から選択される少なくとも1種であり、
下記工程(i)~(v)によって求める該酸化鉄粒子の偏在指数Mが、0.2以上、0.8未満であることを特徴とする定着部材:
(i)該弾性層の厚さ方向の断面の任意の位置においた縦40μm、横59μmの長方形の領域の、縦682画素、及び横1024画素の解像度を有する画像内に存在する該酸化鉄粒子の重心座標を求める工程;
(ii)該画像に含まれる画素のうち、該熱伝導性粒子を表示する画素を除いた画素に対応する各点から、該各点に最も近接している該熱伝導性粒子の外表面までの距離を示すユークリッド距離マップを作成する工程;
(iii)該酸化鉄粒子の各々の該重心座標及び該ユークリッド距離マップを参照して、該酸化鉄粒子の各々について、該重心座標から、該重心座標に最も近接している該熱伝導性粒子の外表面までの距離の、0.1μmを区間長とした累積相対度数分布Gaを得る工程;
(iv)該ユークリッド距離マップを参照して、該画像における該熱伝導性粒子を表示する画素を除いた画素に対応する各点から、最も近接している該熱伝導性粒子の外表面までの距離の、0.1μmを区間長とした累積相対度数分布Grを得る工程;
(v)該熱伝導性粒子の外表面から距離が0.5μmまでの各区間について、該累積相対度数分布Gaの個数の値から、該累積相対度数分布Grの個数の値を減算した値を求め、各区間について得られた該値の総和を区間数5で除して得られる平均値を偏在指数Mとする。 - 前記弾性層の任意の5箇所における厚さ方向の断面の各々から前記偏在指数Mを求めたとき、該5箇所のうち少なくとも3箇所における断面から導き出される該偏在指数Mが、0.2以上、0.8未満である請求項1に記載の定着部材。
- 前記ゴムがシリコーンゴムである請求項1又は2に記載の定着部材。
- 前記弾性層の前記基体と対向する側の表面とは反対側の表面上に直接または接着層を介して表層が設けられている請求項1~3のいずれか一項に記載の定着部材。
- 前記熱伝導性粒子の体積平均粒径が、1μm以上100μm以下である請求項1~4のいずれか一項に記載の定着部材。
- 前記熱伝導性粒子の体積平均粒径が、3μm以上30μm以下である請求項1~5のいずれか一項に記載の定着部材。
- 前記酸化鉄粒子の体積平均粒径が、0.01μm以上0.50μm以下である請求項1~6のいずれか一項に記載の定着部材。
- 前記定着部材が、エンドレス形状を有する定着ベルトである請求項1~7のいずれか一項に記載の定着部材。
- 前記定着部材が、非輻射熱によって加熱された定着ベルトを用いて記録材上の未定着トナー像を定着する定着装置の該定着ベルトとして用いられるものである請求項1~8のいずれか一項に記載の定着部材。
- 前記弾性層の厚さが、200μm~500μmである請求項8または9に記載の定着部材。
- 加熱部材と、該加熱部材に対向して配置されている加圧部材とを有する熱定着装置であって、該加熱部材が、請求項1~10のいずれか一項に記載の定着部材であることを特徴とする熱定着装置。
- エンドレス形状を有する定着部材と、加圧部材と、該定着部材を非輻射熱または輻射熱で加熱するヒータとを備え、
未定着トナー像を有する記録材を、該定着部材と該加圧部材とで形成される定着ニップ部で加熱して未定着トナー像を該記録材に定着する定着装置であって、
該定着部材が、請求項8~10のいずれか一項に記載の定着部材である、ことを特徴とする定着装置。 - 前記ヒータが、前記非輻射熱で前記定着部材を加熱するヒータであって、
前記定着ニップ部において、前記ヒータと前記加圧部材とで前記定着部材が挟持される請求項12に記載の定着装置。
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