トナー定着装置
【課題】適切な光沢感と文字の再現性（文字潰れの少ない印字）を両立するような極めて高画質なトナー画像を得ることができるトナー定着装置を提供すること。
【解決手段】トナーをニップ内で加熱加圧せしめて記録媒体上に多色定着画像を得るトナー定着装置において、トナーと接する側の部材は、少なくともシリコーンゴムから成る弾性層とフッ素樹脂から成る表層を有し、表層厚みをｄ１［μｍ］としたとき、１０≦ｄ１≦５０の厚み範囲であり、且つ、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲であり、シリコーンゴムから成る弾性層において、２５℃での熱伝導率が０．４〜０．９［Ｗ／ｍ・ｋ］であり、ＪＩＳ−Ａ硬度が２５°〜４０°であり、その層厚みをｄ２［μｍ］としたとき、ｄ２≦１０００の厚みであることを特徴とする。
【解決手段】トナーをニップ内で加熱加圧せしめて記録媒体上に多色定着画像を得るトナー定着装置において、トナーと接する側の部材は、少なくともシリコーンゴムから成る弾性層とフッ素樹脂から成る表層を有し、表層厚みをｄ１［μｍ］としたとき、１０≦ｄ１≦５０の厚み範囲であり、且つ、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲であり、シリコーンゴムから成る弾性層において、２５℃での熱伝導率が０．４〜０．９［Ｗ／ｍ・ｋ］であり、ＪＩＳ−Ａ硬度が２５°〜４０°であり、その層厚みをｄ２［μｍ］としたとき、ｄ２≦１０００の厚みであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被記録紙に複数色のトナー像の重ね合わせによるカラー画像を形成担持させ、その被記録紙を定着手段により加熱及び加圧して前記カラー画像を被記録材に定着する電子写真方式のコピー機やプリンタのトナー定着に用いられるトナー定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カラープリントが普及するに連れ、写真画像及び一般のビジネス文書もカラーで出力する機会が増えており、プリント画像の適切な光沢感と共に文字の再現性（文字潰れの少ない印字）が求められている。このような高画質化の要求から、電子写真プロセスのトナー定着において、シリコーンゴムといった柔軟な弾性材料から成る弾性層上に、直接又は間接的にトナー離型の良好なフッ素樹脂の表層を形成した定着部材が様々なバリエーションで用いられている。例えば、弾性層のシリコーンゴムに弾性効果をより発揮させるために低硬度のゴムを用いることや、フッ素樹脂を薄くすることで弾性層の機能を効果的に発揮させる、といった工夫がなされている。
【０００３】
或は、トナーを被記録材に定着させる際に掛ける温度や圧力、ニップ滞留時間等のプロセス条件においても、良質なトナー定着画像を得るための工夫がなされている。これらのような定着部材の構成及びトナーを押圧する際のプロセス条件はどちらも定着後のトナー画像の画質に大きく影響している。そこで、適切な光沢感と文字の再現性（文字潰れの少ない印字）を両立するような高画質なトナー画像を得るためには、部材構成とプロセス条件の双方を合わせて考慮し、部材構成とプロセス条件の最適条件を導くことが重要である。
【０００４】
特許文献１には、フッ素樹脂表層の厚みと圧力に対する定着部材の歪み量との関係から、高画質化のための最適条件が導かれている。この発明の実施例では、定着部材の弾性層にＨＴＶシリコーンゴムを用いる方法が示されている。又、特許文献２では、フッ素樹脂表層の厚みと圧力との関係から、高画質化のための最適条件が導かれている。この発明では弾性層として、比較的低硬度のシリコーンゴムを対象としている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２１３９９０号公報
【特許文献２】特開２００１−２１５７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、弾性効果を目的としたシリコーンゴムの弾性層と、フッ素樹脂の表層が形成されたトナー定着部材において、表層厚みをｄ１［μｍ］としたとき１０≦ｄ１≦５０の厚み範囲であり、且つ、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−２．５×１０３
）・ｄ１＋３．２×１０５ ≦Ｐ≦（−１．２×１０３ ）・ｄ１＋１．１×１０５ の圧力範囲で用いることにより、定着後のトナー画像において、適切な光沢感と文字の再現性（文字潰れの少ない印字）を両立するような極めて高画質なトナー画像を得ることを主たる目的とする。弾性層であるシリコーンゴムの種類は、ＪＩＳ−Ａ硬度が比較的高硬度な２５°〜４０°であり、精度良く加工することを考慮して付加反応型を用いている。
【０００７】
又、本発明の第２の目的は、弾性層であるシリコーンゴムの厚みをｄ２［μｍ］としたとき１００≦ｄ２≦５００と層厚みを薄くすることで、熱容量の観点から熱応答性が良くなり、優れた熱的な特性を提供することである。
【０００８】
更に、本発明の第３の目的は、フッ素樹脂表層の厚みをｄ１［μｍ］としたとき、２０≦ｄ１≦４０の厚み範囲で用いることにより、柔軟性と機械的強度をバランス良く提供することである。
【０００９】
第１の発明は、本発明の主たる目的に必要最小限なものであり、弾性効果を目的としたシリコーンゴムの弾性層と、フッ素樹脂の表層が形成されたトナー定着部材において、表層のフッ素樹脂の厚み（ｄ１）とニップ圧力との関係が、、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）・ｄ１＋１．１×１０5の関係で用いることにより、定着後のトナー画像において、極めて高画質なトナー画像を得ることを目的とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明のシリコーンゴムについての発明であり、本発明の主たる目的をより効果的に達成することを目的とする。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明のシリコーンゴムについての発明であり、優れた熱的な特性を提供し、且つ、本発明の主たる目的を同時に達成することを目的とする。
【００１２】
第４の発明は、第１〜第３の発明のフッ素樹脂についての発明であり、柔軟性と機械的強度をバランス良く提供し且つ本発明の主たる目的を同時に達成することを目的とする。
【００１３】
第５の発明は、第１〜第４の発明のトナー定着装置についての発明であり、それぞれの発明の目的をより効果的に達成することを目的とする。
【００１４】
第６の発明は、第１〜第５の発明のトナー定着装置についての発明であり、それぞれの発明の目的をより効果的に達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、少なくとも一方の部材を加圧することによりニップを形成し、トナーをこのニップ内で加熱加圧せしめて記録媒体上に多色定着画像を得るトナー定着装置において、トナーと接する側の部材は、少なくともシリコーンゴムから成る弾性層とフッ素樹脂から成る表層を有し、表層厚みをｄ１［μｍ］としたとき、１０≦ｄ１≦５０の厚み範囲であり、且つ、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲であり、シリコーンゴムから成る弾性層において、２５℃での熱伝導率が０．４〜０．９［Ｗ／ｍ・ｋ］であり、ＪＩＳ−Ａ硬度が２５°〜４０°であり、その層厚みをｄ２［μｍ］としたとき、ｄ２≦１０００の厚みであることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記弾性層は付加型シリコーンゴムを用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記シリコーンゴム層の厚みをｄ２［μｍ］としたとき、１００≦ｄ２≦５００の厚み範囲であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、表層の厚みをｄ１［μｍ］としたとき、２０≦ｄ１≦４０の厚み範囲であることを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−１．９×１０3）・ｄ１＋２．１×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）・ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲で用いることを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、ニップ内で被記録紙が加熱加圧される時間（ニップ滞留時間）が４００ｍｓｅｃ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電子写真のトナー定着装置において、基層である金属又は樹脂フィルム上に、厚み範囲がｄ２≦１０００（μｍ）の弾性層を設け、表層に厚み範囲が１０≦ｄ２≦５０（μｍ）の離型層を設けたトナー定着部材を用い、加熱加圧手段により被記録材をニップ圧力（Ｐ）を、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）・ｄ１＋１．１×１０5の範囲で定着部材に押圧することで定着後のトナー画像において、良好な光沢感を発現し且つ文字潰れの少ない高画質なカラー定着画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施した形態の例を図１に部材断面の概略として示した。１１は表層のフッ素樹脂であり、１２は弾性層としてのシリコーンゴム、１３は基材である。
【００２３】
本発明のトナー定着部材は、ローラやベルト等、公知の形態の部材において実施可能であり、加熱加圧用の部材としても適用可能である。少なくとも最外層はフッ素樹脂であり、弾性層はシリコーンゴムから成るトナー定着部材であり、層構成は公知の形態を採ることができる。例えば、最外層と弾性層の間には、接着を目的としたプライマー層やフッ素ゴム及び／又はフッ素樹脂の混合／単一層を中間層として設けても良い。又、弾性層は、金属又は耐熱性樹脂の基材上に形成して用いることができる。
【００２４】
フッ素樹脂の種類は、公知である種類の材料を用いることができ、特に限定されない。一般によく知られる、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／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（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）等の単一種、又は複合種の材料を用いることが好ましい。
【００２５】
最外層であるフッ素樹脂の厚みは５０μｍ以下とする。これは、トナー定着後の画質を考慮して期待する画質を得るため、目的とする柔軟性を損なわない程度の薄さを求めるものである。厚みの下限は特に限定しないが、機械的強度を考えると、１μｍ以上、特に１０μｍ以上が好適と言える。
【００２６】
弾性層であるシリコーンゴムの種類は、架橋反応の形態として特に限定されないが、弾性層のシリコーンゴムの厚みが薄いため、精度良く加工することを考慮すると、付加反応型が好適に用いられる。
【００２７】
又、シリコーンゴムは官能基の種類が様々に知られているが、それら公知の種類の官能基を有したシリコーンゴムを用いても構わない。特に、メチル基のみを有したジメチルシリコーンゴムやフェニル基を有したメチルフェニルシリコーンゴム／フェニルシリコーンゴムがトナー定着部材用に良く知られ、好んで用いられる。
【００２８】
シリコーンゴムには、耐熱や伝熱や補強や増量等を目的として、無機系の粉末状の充填剤を配合しても良い。無機系充填剤は公知のものを用いることができる。例えば、結晶性シリカ、煙霧状シリカ、酸化鉄、アルミナ等を例示できる。好ましくは、これらの無機充填剤を、シリコーンゴム１００重量部に対して０．１重量部〜１００重量部配合して成るものを用いる。その他、シリコーンゴムには各種特性の調整のために配合剤を加えても良い。
【００２９】
弾性層であるシリコーンゴムの厚みは１０００μｍ以下とする。より好ましくは、１００μｍ以上が好ましく、これは、弾性層として弾性効果を期待し得る厚みを求めるものである。更に、特に制限はされないが、本発明の目的である表層厚みとニップ圧力との関係がより効果的に発揮されるとして、弾性層の厚みの上限は５００μｍが好ましい。
【００３０】
ニップ滞留時間については４００ｍｓｅｃまでとする。ニップ滞留時間とは、一方の部材を加圧することにより形成されたニップを、トナーが転写された記録媒体が通過するのに掛かる時間のことである。
【００３１】
通常、ニップ滞留時間は数１０〜数１００ｍｓｅｃまで設計可能であるが、高速定着を考えると５０〜１００ｍｓｅｃの範囲が好ましい。本実施の形態では、本発明の効果をより実用的に確認するために４００ｍｓｅｃまでを評価の対象とした。
【００３２】
本発明の効果を確認するため、表層ＰＦＡの厚みが異なる２種類の定着部材を作製し、図２に示すような定着装置に組み込んで、表層ＰＦＡの表面にジメチルシリコーンオイル（信越化学工業社製、商品名、ＫＦ−９６ＳＳ）を微量塗布しながら未定着のトナー画像を通紙して、トナー定着画像の画質を評価した。
【００３３】
トナー画像の作成には、カラーレーザーコピア８００（ＣＬＣ８００）用のシアントナー（キヤノン社製）を用いた。トナー画像は、定着装置の手前で用紙を取り出せるようにしておき、未定着のトナー画像を得た。用紙には、キャストコート紙（品番：０６１１Ａ００８キヤノン販売株式会社）を用いた。グロス及び文字潰れの評価には、単位面積当たりのトナー載り量（ｍｇ／ｃｍ２
）が１．０である未定着のベタ画像及び５ポイント文字を印字した未定着画像を用意した。
【００３４】
画像の評価は、本発明の目的である極めて高画質なトナー画像を感度良く判定するために官能的評価にて行った。先ず、画像の光沢感については、評価に普遍性を与えるために、標準の見本画像を作製し、評価の基準を合わせた。即ち、グロス値がそれぞれ５０，６０，７０（株式会社 堀場製作所 ＩＧ−３２０入射角６０°使用にて）となるような３つの見本画像を作製した。これは、平滑面であるアルミシート上にシアントナーを単位面積当たりのトナー載り量（ｍｇ／ｃｍ２
）が１．０になるように載せ、様々な条件で熱プレスすることにより作製した。この３つの見本画像を数人の被験者に見せ、「光沢感が十分である」と認識してもらった上で、本発明を実施したベタ画像について、「○＝光沢感ある」、「×＝光沢感少ない」の２水準で評価してもらった。更に、画像の文字潰れについては５ポイント文字の定着画像を使用し、「○＝文字がはっきり分かる」、「×＝文字が潰れている（又は読み取りにくい）」の２水準で評価してもらった。
【実施例１】
【００３５】
先ず、弾性層のシリコーンゴムとして、付加反応型の２液混合タイプの液状シリコーンゴム原料を用意した。熱硬化後のゴム物性は、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋであった。又、このシリコーンゴムの６ｍｍシートの２５℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度を測定したところ、３０°であった。
【００３６】
次に、画像評価のための定着部材を用意した。先ず、基材として、長さが１０ｃｍ、外径がφ６０ｍｍのアルミ製ローラ芯金を用意した。通常、基材の長さはＡ３又はＡ４用紙に合わせて２０〜３０ｃｍであるが、本実施例では本発明での効果のみを確認するため、定着部材を作製し易いように、短い基材を用いた。この基材の表面にシリコーン用プライマー（ＤＹ３９−０５１、東レダウコーニングシリコーン株式会社）を薄塗りして、２００℃の温風オーブンにて１時間の加熱処理を行った。冷却後にローラ芯金上に、シリコーン原液を４８０μｍの厚みで塗工し、１５０℃の温風オーブンにて３０分の加熱処理を行った。
【００３７】
次に、厚みが１２μｍのＰＦＡシートを用意した。このＰＦＡシートに、内面を脱フッ素処理した後にシリコーン用プライマー（ＤＹ３９−０５１、東レダウコーニングシリコーン株式会社）を薄塗りして、２００℃の温風オーブンにて１時間の加熱処理を行った後、未加硫のシリコーンゴム（弾性層と同じ種類）を塗布した。このＰＦＡシートを前述のシリコーン原液を塗布して加熱処理したローラに巻き付けてＰＦＡがしわにならないように円周方向の両端を狭持し、２００℃にて４時間加熱処理して弾性層と表層を加硫接着させ、円周方向の両端部を切断した。その結果、弾性層のシリコーンゴム厚みが５００μｍで、表層ＰＦＡの厚みが１２μｍの定着部材を得た。
【００３８】
以上のようにして得られた定着部材を図２に示すような定着装置に組み込み、表面温度を１５０℃にして、ＰＦＡ表面にＡ４用紙１枚当たり１〜１０ｍｇのシリコーンオイルを塗布しながら、未定着のべタ画像を通紙した。ニップ圧力は４．９×１０4Ｐａ、９．８×１０4、１９．６×１０4、２９．４×１０4、３９．２×１０4Ｐａの５水準で実験を行い、それぞれのニップ圧力において、定着後の画像のグロス評価が○になるような回転数（ニップ滞留時間）にセットした。尚、ニップ滞留時間については４００ｍｓｅｃまでの範囲で行った。通常、ニップ滞留時間は数１０〜数１００ｍｓｅｃまで設計可能であるが、高速定着を考えると５０〜１００ｍｓｅｃの範囲が好ましい。本実施例では、本発明の効果をより実用的に確認するために４００ｍｓｅｃまでを評価の対象とした。
【００３９】
次に、５水準のニップ圧力において、グロス評価が○になるようにセットした回転数で、５ポイント文字を印字した未定着画像を通紙して定着画像の文字潰れを評価した（グロス評価が○になるニップ滞留時間が４００ｍｓｅｃ以上掛かる場合は、その圧力水準での文字潰れ評価は行わない）。その結果、以下の表１に示すような関係が明らかとなった。
【００４０】
【表１】
実験結果から、圧力が４．９×１０4Ｐａと低い場合は、グロスが良好な画像を得るためにはニップ滞留時間が４００ｍｓｅｃ以上掛かるため、グロス及び文字潰れの評価を行うことができなかった。
【００４１】
又、表によれば、表面温度やニップ滞留時間が、良好なグロスになる条件であっても、圧力が高過ぎると文字が潰れてしまい、不良画像となることが分かる。よって、表層ＰＦＡの厚みが１２μｍの場合においては、ニップ圧力の範囲が９３．８×１０4≦Ｐ≦２９．４×１０4のとき、グロスが良好であり文字潰れの少ない高画質なトナー定着画像を得ることができるという結果になった。
【実施例２】
【００４２】
実施例１の定着装置において、同様の手法により、表面温度が１７０℃における評価実験を行った。その結果、以下の表２に示すような関係が明らかとなった。
【００４３】
【表２】
実施例１の結果と同様、表面温度１７０℃においても、圧力が４．９×１０４ Ｐａのときは、グロスが良好な画像を得るためにはニップ滞留時間が４００ｍｓｅｃ以上掛かるため、グロス及び文字潰れの評価を行うことができなかった。
【００４４】
又、表から、実施例１とほぼ同じ傾向を示していることが分かる。よって、表面温度１７０℃においても、表層ＰＦＡの厚みが１２μｍの場合においては、ニップ圧力の範囲が９．８×１０4≦Ｐ≦２９．４×１０4のとき、グロスが良好であり文字潰れの少ない高画質なトナー定着画像を得ることができるという結果になった。
【実施例３】
【００４５】
実施例１と同様の手法により表層ＰＦＡの厚みが５０μm の定着装置を作製し、表面温度１５０℃において同様にグロスと文字潰れの画像評価を行った。その結果、以下の表３に示すような関係が明らかとなった。
【００４６】
【表３】
表によれば、表面温度やニップ滞留時間が良好なグロスになる条件であっても、圧力が高いと文字が潰れてしまい、不良画像となることが分かる。よって、表層ＰＦＡの厚みが５０μｍの場合においては、ニップ圧力の範囲が４．９×１０4Ｐａ≦Ｐ≦１９．６×１０4のとき、グロスが良好であり文字潰れの少ない高画質なトナー定着画像を得ることができるという結果になった。
【実施例４】
【００４７】
実施例３の定着装置において、同様の手法により、表面温度が１７０℃における評価実験を行った。その結果、以下の表４に示すような関係が明らかとなった。
【００４８】
【表４】
表によれば、表面温度やニップ滞留時間がグロスが良好になる条件であっても、圧力が高いと文字が潰れてしまい、不良画像となることが分かる。よって、表面温度１７０℃においても、表層ＰＦＡの厚みが５０μｍの場合においては、ニップ圧力の範囲が４．９×１０4Ｐａ≦Ｐ≦１９．６×１０4のとき、グロスが適切であり文字潰れの少ない高画質なトナー定着画像を得ることができるという結果になった。
【００４９】
実施例１〜４の結果を、グロス及び文字潰れの評価が何れも官能的評価において○になるようなニップ圧力を、表層ＰＦＡ厚みとの関係でまとめると、ニップ圧力をＰ、表層ＰＦＡの厚みをｄ１としたとき、次のような不等式の関係になる。
【００５０】
（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）ｄ１
＋１．１×１０5
よって、本発明を実施した定着装置において、ニップ圧力と表層ＰＦＡ厚みとの関係が前述のような不等式の関係にあるとき、目的とする高画質を達成できることが明らかとなり、本発明の有効性が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明を実施した形態の例を示す図である。
【図２】本発明に係るトナー定着装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１ 表層
１２ 弾性層
１３ 基材
２１ 上ローラ
２２ 下ローラ
２３ ハロゲンヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被記録紙に複数色のトナー像の重ね合わせによるカラー画像を形成担持させ、その被記録紙を定着手段により加熱及び加圧して前記カラー画像を被記録材に定着する電子写真方式のコピー機やプリンタのトナー定着に用いられるトナー定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カラープリントが普及するに連れ、写真画像及び一般のビジネス文書もカラーで出力する機会が増えており、プリント画像の適切な光沢感と共に文字の再現性（文字潰れの少ない印字）が求められている。このような高画質化の要求から、電子写真プロセスのトナー定着において、シリコーンゴムといった柔軟な弾性材料から成る弾性層上に、直接又は間接的にトナー離型の良好なフッ素樹脂の表層を形成した定着部材が様々なバリエーションで用いられている。例えば、弾性層のシリコーンゴムに弾性効果をより発揮させるために低硬度のゴムを用いることや、フッ素樹脂を薄くすることで弾性層の機能を効果的に発揮させる、といった工夫がなされている。
【０００３】
或は、トナーを被記録材に定着させる際に掛ける温度や圧力、ニップ滞留時間等のプロセス条件においても、良質なトナー定着画像を得るための工夫がなされている。これらのような定着部材の構成及びトナーを押圧する際のプロセス条件はどちらも定着後のトナー画像の画質に大きく影響している。そこで、適切な光沢感と文字の再現性（文字潰れの少ない印字）を両立するような高画質なトナー画像を得るためには、部材構成とプロセス条件の双方を合わせて考慮し、部材構成とプロセス条件の最適条件を導くことが重要である。
【０００４】
特許文献１には、フッ素樹脂表層の厚みと圧力に対する定着部材の歪み量との関係から、高画質化のための最適条件が導かれている。この発明の実施例では、定着部材の弾性層にＨＴＶシリコーンゴムを用いる方法が示されている。又、特許文献２では、フッ素樹脂表層の厚みと圧力との関係から、高画質化のための最適条件が導かれている。この発明では弾性層として、比較的低硬度のシリコーンゴムを対象としている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２１３９９０号公報
【特許文献２】特開２００１−２１５７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、弾性効果を目的としたシリコーンゴムの弾性層と、フッ素樹脂の表層が形成されたトナー定着部材において、表層厚みをｄ１［μｍ］としたとき１０≦ｄ１≦５０の厚み範囲であり、且つ、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−２．５×１０３
）・ｄ１＋３．２×１０５ ≦Ｐ≦（−１．２×１０３ ）・ｄ１＋１．１×１０５ の圧力範囲で用いることにより、定着後のトナー画像において、適切な光沢感と文字の再現性（文字潰れの少ない印字）を両立するような極めて高画質なトナー画像を得ることを主たる目的とする。弾性層であるシリコーンゴムの種類は、ＪＩＳ−Ａ硬度が比較的高硬度な２５°〜４０°であり、精度良く加工することを考慮して付加反応型を用いている。
【０００７】
又、本発明の第２の目的は、弾性層であるシリコーンゴムの厚みをｄ２［μｍ］としたとき１００≦ｄ２≦５００と層厚みを薄くすることで、熱容量の観点から熱応答性が良くなり、優れた熱的な特性を提供することである。
【０００８】
更に、本発明の第３の目的は、フッ素樹脂表層の厚みをｄ１［μｍ］としたとき、２０≦ｄ１≦４０の厚み範囲で用いることにより、柔軟性と機械的強度をバランス良く提供することである。
【０００９】
第１の発明は、本発明の主たる目的に必要最小限なものであり、弾性効果を目的としたシリコーンゴムの弾性層と、フッ素樹脂の表層が形成されたトナー定着部材において、表層のフッ素樹脂の厚み（ｄ１）とニップ圧力との関係が、、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）・ｄ１＋１．１×１０5の関係で用いることにより、定着後のトナー画像において、極めて高画質なトナー画像を得ることを目的とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明のシリコーンゴムについての発明であり、本発明の主たる目的をより効果的に達成することを目的とする。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明のシリコーンゴムについての発明であり、優れた熱的な特性を提供し、且つ、本発明の主たる目的を同時に達成することを目的とする。
【００１２】
第４の発明は、第１〜第３の発明のフッ素樹脂についての発明であり、柔軟性と機械的強度をバランス良く提供し且つ本発明の主たる目的を同時に達成することを目的とする。
【００１３】
第５の発明は、第１〜第４の発明のトナー定着装置についての発明であり、それぞれの発明の目的をより効果的に達成することを目的とする。
【００１４】
第６の発明は、第１〜第５の発明のトナー定着装置についての発明であり、それぞれの発明の目的をより効果的に達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、少なくとも一方の部材を加圧することによりニップを形成し、トナーをこのニップ内で加熱加圧せしめて記録媒体上に多色定着画像を得るトナー定着装置において、トナーと接する側の部材は、少なくともシリコーンゴムから成る弾性層とフッ素樹脂から成る表層を有し、表層厚みをｄ１［μｍ］としたとき、１０≦ｄ１≦５０の厚み範囲であり、且つ、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲であり、シリコーンゴムから成る弾性層において、２５℃での熱伝導率が０．４〜０．９［Ｗ／ｍ・ｋ］であり、ＪＩＳ−Ａ硬度が２５°〜４０°であり、その層厚みをｄ２［μｍ］としたとき、ｄ２≦１０００の厚みであることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記弾性層は付加型シリコーンゴムを用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記シリコーンゴム層の厚みをｄ２［μｍ］としたとき、１００≦ｄ２≦５００の厚み範囲であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、表層の厚みをｄ１［μｍ］としたとき、２０≦ｄ１≦４０の厚み範囲であることを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−１．９×１０3）・ｄ１＋２．１×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）・ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲で用いることを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、ニップ内で被記録紙が加熱加圧される時間（ニップ滞留時間）が４００ｍｓｅｃ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電子写真のトナー定着装置において、基層である金属又は樹脂フィルム上に、厚み範囲がｄ２≦１０００（μｍ）の弾性層を設け、表層に厚み範囲が１０≦ｄ２≦５０（μｍ）の離型層を設けたトナー定着部材を用い、加熱加圧手段により被記録材をニップ圧力（Ｐ）を、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）・ｄ１＋１．１×１０5の範囲で定着部材に押圧することで定着後のトナー画像において、良好な光沢感を発現し且つ文字潰れの少ない高画質なカラー定着画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施した形態の例を図１に部材断面の概略として示した。１１は表層のフッ素樹脂であり、１２は弾性層としてのシリコーンゴム、１３は基材である。
【００２３】
本発明のトナー定着部材は、ローラやベルト等、公知の形態の部材において実施可能であり、加熱加圧用の部材としても適用可能である。少なくとも最外層はフッ素樹脂であり、弾性層はシリコーンゴムから成るトナー定着部材であり、層構成は公知の形態を採ることができる。例えば、最外層と弾性層の間には、接着を目的としたプライマー層やフッ素ゴム及び／又はフッ素樹脂の混合／単一層を中間層として設けても良い。又、弾性層は、金属又は耐熱性樹脂の基材上に形成して用いることができる。
【００２４】
フッ素樹脂の種類は、公知である種類の材料を用いることができ、特に限定されない。一般によく知られる、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／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（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）等の単一種、又は複合種の材料を用いることが好ましい。
【００２５】
最外層であるフッ素樹脂の厚みは５０μｍ以下とする。これは、トナー定着後の画質を考慮して期待する画質を得るため、目的とする柔軟性を損なわない程度の薄さを求めるものである。厚みの下限は特に限定しないが、機械的強度を考えると、１μｍ以上、特に１０μｍ以上が好適と言える。
【００２６】
弾性層であるシリコーンゴムの種類は、架橋反応の形態として特に限定されないが、弾性層のシリコーンゴムの厚みが薄いため、精度良く加工することを考慮すると、付加反応型が好適に用いられる。
【００２７】
又、シリコーンゴムは官能基の種類が様々に知られているが、それら公知の種類の官能基を有したシリコーンゴムを用いても構わない。特に、メチル基のみを有したジメチルシリコーンゴムやフェニル基を有したメチルフェニルシリコーンゴム／フェニルシリコーンゴムがトナー定着部材用に良く知られ、好んで用いられる。
【００２８】
シリコーンゴムには、耐熱や伝熱や補強や増量等を目的として、無機系の粉末状の充填剤を配合しても良い。無機系充填剤は公知のものを用いることができる。例えば、結晶性シリカ、煙霧状シリカ、酸化鉄、アルミナ等を例示できる。好ましくは、これらの無機充填剤を、シリコーンゴム１００重量部に対して０．１重量部〜１００重量部配合して成るものを用いる。その他、シリコーンゴムには各種特性の調整のために配合剤を加えても良い。
【００２９】
弾性層であるシリコーンゴムの厚みは１０００μｍ以下とする。より好ましくは、１００μｍ以上が好ましく、これは、弾性層として弾性効果を期待し得る厚みを求めるものである。更に、特に制限はされないが、本発明の目的である表層厚みとニップ圧力との関係がより効果的に発揮されるとして、弾性層の厚みの上限は５００μｍが好ましい。
【００３０】
ニップ滞留時間については４００ｍｓｅｃまでとする。ニップ滞留時間とは、一方の部材を加圧することにより形成されたニップを、トナーが転写された記録媒体が通過するのに掛かる時間のことである。
【００３１】
通常、ニップ滞留時間は数１０〜数１００ｍｓｅｃまで設計可能であるが、高速定着を考えると５０〜１００ｍｓｅｃの範囲が好ましい。本実施の形態では、本発明の効果をより実用的に確認するために４００ｍｓｅｃまでを評価の対象とした。
【００３２】
本発明の効果を確認するため、表層ＰＦＡの厚みが異なる２種類の定着部材を作製し、図２に示すような定着装置に組み込んで、表層ＰＦＡの表面にジメチルシリコーンオイル（信越化学工業社製、商品名、ＫＦ−９６ＳＳ）を微量塗布しながら未定着のトナー画像を通紙して、トナー定着画像の画質を評価した。
【００３３】
トナー画像の作成には、カラーレーザーコピア８００（ＣＬＣ８００）用のシアントナー（キヤノン社製）を用いた。トナー画像は、定着装置の手前で用紙を取り出せるようにしておき、未定着のトナー画像を得た。用紙には、キャストコート紙（品番：０６１１Ａ００８キヤノン販売株式会社）を用いた。グロス及び文字潰れの評価には、単位面積当たりのトナー載り量（ｍｇ／ｃｍ２
）が１．０である未定着のベタ画像及び５ポイント文字を印字した未定着画像を用意した。
【００３４】
画像の評価は、本発明の目的である極めて高画質なトナー画像を感度良く判定するために官能的評価にて行った。先ず、画像の光沢感については、評価に普遍性を与えるために、標準の見本画像を作製し、評価の基準を合わせた。即ち、グロス値がそれぞれ５０，６０，７０（株式会社 堀場製作所 ＩＧ−３２０入射角６０°使用にて）となるような３つの見本画像を作製した。これは、平滑面であるアルミシート上にシアントナーを単位面積当たりのトナー載り量（ｍｇ／ｃｍ２
）が１．０になるように載せ、様々な条件で熱プレスすることにより作製した。この３つの見本画像を数人の被験者に見せ、「光沢感が十分である」と認識してもらった上で、本発明を実施したベタ画像について、「○＝光沢感ある」、「×＝光沢感少ない」の２水準で評価してもらった。更に、画像の文字潰れについては５ポイント文字の定着画像を使用し、「○＝文字がはっきり分かる」、「×＝文字が潰れている（又は読み取りにくい）」の２水準で評価してもらった。
【実施例１】
【００３５】
先ず、弾性層のシリコーンゴムとして、付加反応型の２液混合タイプの液状シリコーンゴム原料を用意した。熱硬化後のゴム物性は、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋであった。又、このシリコーンゴムの６ｍｍシートの２５℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度を測定したところ、３０°であった。
【００３６】
次に、画像評価のための定着部材を用意した。先ず、基材として、長さが１０ｃｍ、外径がφ６０ｍｍのアルミ製ローラ芯金を用意した。通常、基材の長さはＡ３又はＡ４用紙に合わせて２０〜３０ｃｍであるが、本実施例では本発明での効果のみを確認するため、定着部材を作製し易いように、短い基材を用いた。この基材の表面にシリコーン用プライマー（ＤＹ３９−０５１、東レダウコーニングシリコーン株式会社）を薄塗りして、２００℃の温風オーブンにて１時間の加熱処理を行った。冷却後にローラ芯金上に、シリコーン原液を４８０μｍの厚みで塗工し、１５０℃の温風オーブンにて３０分の加熱処理を行った。
【００３７】
次に、厚みが１２μｍのＰＦＡシートを用意した。このＰＦＡシートに、内面を脱フッ素処理した後にシリコーン用プライマー（ＤＹ３９−０５１、東レダウコーニングシリコーン株式会社）を薄塗りして、２００℃の温風オーブンにて１時間の加熱処理を行った後、未加硫のシリコーンゴム（弾性層と同じ種類）を塗布した。このＰＦＡシートを前述のシリコーン原液を塗布して加熱処理したローラに巻き付けてＰＦＡがしわにならないように円周方向の両端を狭持し、２００℃にて４時間加熱処理して弾性層と表層を加硫接着させ、円周方向の両端部を切断した。その結果、弾性層のシリコーンゴム厚みが５００μｍで、表層ＰＦＡの厚みが１２μｍの定着部材を得た。
【００３８】
以上のようにして得られた定着部材を図２に示すような定着装置に組み込み、表面温度を１５０℃にして、ＰＦＡ表面にＡ４用紙１枚当たり１〜１０ｍｇのシリコーンオイルを塗布しながら、未定着のべタ画像を通紙した。ニップ圧力は４．９×１０4Ｐａ、９．８×１０4、１９．６×１０4、２９．４×１０4、３９．２×１０4Ｐａの５水準で実験を行い、それぞれのニップ圧力において、定着後の画像のグロス評価が○になるような回転数（ニップ滞留時間）にセットした。尚、ニップ滞留時間については４００ｍｓｅｃまでの範囲で行った。通常、ニップ滞留時間は数１０〜数１００ｍｓｅｃまで設計可能であるが、高速定着を考えると５０〜１００ｍｓｅｃの範囲が好ましい。本実施例では、本発明の効果をより実用的に確認するために４００ｍｓｅｃまでを評価の対象とした。
【００３９】
次に、５水準のニップ圧力において、グロス評価が○になるようにセットした回転数で、５ポイント文字を印字した未定着画像を通紙して定着画像の文字潰れを評価した（グロス評価が○になるニップ滞留時間が４００ｍｓｅｃ以上掛かる場合は、その圧力水準での文字潰れ評価は行わない）。その結果、以下の表１に示すような関係が明らかとなった。
【００４０】
【表１】
実験結果から、圧力が４．９×１０4Ｐａと低い場合は、グロスが良好な画像を得るためにはニップ滞留時間が４００ｍｓｅｃ以上掛かるため、グロス及び文字潰れの評価を行うことができなかった。
【００４１】
又、表によれば、表面温度やニップ滞留時間が、良好なグロスになる条件であっても、圧力が高過ぎると文字が潰れてしまい、不良画像となることが分かる。よって、表層ＰＦＡの厚みが１２μｍの場合においては、ニップ圧力の範囲が９３．８×１０4≦Ｐ≦２９．４×１０4のとき、グロスが良好であり文字潰れの少ない高画質なトナー定着画像を得ることができるという結果になった。
【実施例２】
【００４２】
実施例１の定着装置において、同様の手法により、表面温度が１７０℃における評価実験を行った。その結果、以下の表２に示すような関係が明らかとなった。
【００４３】
【表２】
実施例１の結果と同様、表面温度１７０℃においても、圧力が４．９×１０４ Ｐａのときは、グロスが良好な画像を得るためにはニップ滞留時間が４００ｍｓｅｃ以上掛かるため、グロス及び文字潰れの評価を行うことができなかった。
【００４４】
又、表から、実施例１とほぼ同じ傾向を示していることが分かる。よって、表面温度１７０℃においても、表層ＰＦＡの厚みが１２μｍの場合においては、ニップ圧力の範囲が９．８×１０4≦Ｐ≦２９．４×１０4のとき、グロスが良好であり文字潰れの少ない高画質なトナー定着画像を得ることができるという結果になった。
【実施例３】
【００４５】
実施例１と同様の手法により表層ＰＦＡの厚みが５０μm の定着装置を作製し、表面温度１５０℃において同様にグロスと文字潰れの画像評価を行った。その結果、以下の表３に示すような関係が明らかとなった。
【００４６】
【表３】
表によれば、表面温度やニップ滞留時間が良好なグロスになる条件であっても、圧力が高いと文字が潰れてしまい、不良画像となることが分かる。よって、表層ＰＦＡの厚みが５０μｍの場合においては、ニップ圧力の範囲が４．９×１０4Ｐａ≦Ｐ≦１９．６×１０4のとき、グロスが良好であり文字潰れの少ない高画質なトナー定着画像を得ることができるという結果になった。
【実施例４】
【００４７】
実施例３の定着装置において、同様の手法により、表面温度が１７０℃における評価実験を行った。その結果、以下の表４に示すような関係が明らかとなった。
【００４８】
【表４】
表によれば、表面温度やニップ滞留時間がグロスが良好になる条件であっても、圧力が高いと文字が潰れてしまい、不良画像となることが分かる。よって、表面温度１７０℃においても、表層ＰＦＡの厚みが５０μｍの場合においては、ニップ圧力の範囲が４．９×１０4Ｐａ≦Ｐ≦１９．６×１０4のとき、グロスが適切であり文字潰れの少ない高画質なトナー定着画像を得ることができるという結果になった。
【００４９】
実施例１〜４の結果を、グロス及び文字潰れの評価が何れも官能的評価において○になるようなニップ圧力を、表層ＰＦＡ厚みとの関係でまとめると、ニップ圧力をＰ、表層ＰＦＡの厚みをｄ１としたとき、次のような不等式の関係になる。
【００５０】
（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）ｄ１
＋１．１×１０5
よって、本発明を実施した定着装置において、ニップ圧力と表層ＰＦＡ厚みとの関係が前述のような不等式の関係にあるとき、目的とする高画質を達成できることが明らかとなり、本発明の有効性が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明を実施した形態の例を示す図である。
【図２】本発明に係るトナー定着装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１ 表層
１２ 弾性層
１３ 基材
２１ 上ローラ
２２ 下ローラ
２３ ハロゲンヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の部材を加圧することによりニップを形成し、トナーをこのニップ内で加熱加圧せしめて記録媒体上に多色定着画像を得るトナー定着装置において、
トナーと接する側の部材は、少なくともシリコーンゴムから成る弾性層とフッ素樹脂から成る表層を有し、表層厚みをｄ１［μｍ］としたとき、１０≦ｄ１≦５０の厚み範囲であり、且つ、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲であり、シリコーンゴムから成る弾性層において、２５℃での熱伝導率が０．４〜０．９［Ｗ／ｍ・ｋ］であり、ＪＩＳ−Ａ硬度が２５°〜４０°であり、その層厚みをｄ２［μｍ］としたとき、ｄ２≦１０００の厚みであることを特徴とするトナー定着装置。
【請求項２】
前記弾性層は付加型シリコーンゴムを用いることを特徴とする請求項１記載のトナー定着装置。
【請求項３】
前記シリコーンゴム層の厚みをｄ２［μｍ］としたとき、１００≦ｄ２≦５００の厚み範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載のトナー定着装置。
【請求項４】
表層の厚みをｄ１［μｍ］としたとき、２０≦ｄ１≦４０の厚み範囲であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のトナー定着装置。
【請求項５】
ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−１．９×１０3）・ｄ１＋２．１×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）・ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲で用いることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のトナー定着装置。
【請求項６】
ニップ内で被記録紙が加熱加圧される時間（ニップ滞留時間）が４００ｍｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のトナー定着装置。
【請求項１】
少なくとも一方の部材を加圧することによりニップを形成し、トナーをこのニップ内で加熱加圧せしめて記録媒体上に多色定着画像を得るトナー定着装置において、
トナーと接する側の部材は、少なくともシリコーンゴムから成る弾性層とフッ素樹脂から成る表層を有し、表層厚みをｄ１［μｍ］としたとき、１０≦ｄ１≦５０の厚み範囲であり、且つ、ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−２．５×１０3）・ ｄ１＋３．２×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲であり、シリコーンゴムから成る弾性層において、２５℃での熱伝導率が０．４〜０．９［Ｗ／ｍ・ｋ］であり、ＪＩＳ−Ａ硬度が２５°〜４０°であり、その層厚みをｄ２［μｍ］としたとき、ｄ２≦１０００の厚みであることを特徴とするトナー定着装置。
【請求項２】
前記弾性層は付加型シリコーンゴムを用いることを特徴とする請求項１記載のトナー定着装置。
【請求項３】
前記シリコーンゴム層の厚みをｄ２［μｍ］としたとき、１００≦ｄ２≦５００の厚み範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載のトナー定着装置。
【請求項４】
表層の厚みをｄ１［μｍ］としたとき、２０≦ｄ１≦４０の厚み範囲であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のトナー定着装置。
【請求項５】
ニップ圧力をＰ［Ｐａ］としたとき、（−１．９×１０3）・ｄ１＋２．１×１０5≦Ｐ≦（−１．２×１０3）・ｄ１＋１．１×１０5の圧力範囲で用いることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のトナー定着装置。
【請求項６】
ニップ内で被記録紙が加熱加圧される時間（ニップ滞留時間）が４００ｍｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のトナー定着装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３９１１３（Ｐ２００６−３９１１３Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１７３７８（Ｐ２００４−２１７３７８）
【出願日】平成１６年７月２６日（２００４．７．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２６日（２００４．７．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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