定着部材、定着装置、画像形成装置及び定着部材の製造方法

【課題】柔軟性を有するシリコーンゴムを使用して、トナー離型性が優れた定着部材を提供すること。
【解決手段】離型剤を含むトナー粒子で形成されたトナー画像の定着に用いる定着部材であって、前記定着部材は、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面に、離型剤に対するバリア層を有し、前記バリア層は1μm以下の深さの溝を有する、定着部材。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、定着部材、定着装置、画像形成装置及び定着部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置は、記録媒体に転写したトナー像を定着する定着装置を備える。定着装置は、記録媒体上のトナー像を加熱する加熱手段と、トナー像を記録媒体上に定着させる定着部材と、定着部材と定着ニップを形成する加圧部材とを備え、これによりトナー像を加熱、加圧して記録媒体上に定着させる。
【0003】
定着部材としては、ベルト形状又はローラ形状などのものが知られており、基体となる金属ローラ又は樹脂製や金属製のシームレスベルトの上に、耐熱性ゴムなどから成る弾性層及び/又は離型層を設けたものなどが用いられる。
【0004】
しかしながら、定着部材は、加熱され溶融状態となったトナー像と接触するため、トナー像の一部が定着部材の表面に転移することがある。また、定着時に溶融下トナーによって、記録媒体が定着部材へ巻き付きことも問題となる。そのため、定着部材とトナーとの離型性及び定着画像の分離性を向上させる技術が開発されている。
【0005】
例えば、特許文献1では、定着ローラの表面離型層に記録媒体の移動方向に沿った細溝を設けることで、離型剤を分散させ、トナーを定着ローラの表面に貼り付くことを防ぐ技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1の表面離型層は、カーボンが分散されたフッ素樹脂を使用している。フッ素樹脂は、硬度が高く、トナーを記録媒体に定着させる際に、記録媒体表面の凹凸に追従しにくい。そのため、得られる定着画像は、その光沢にムラが生じるという問題点を有していた。
【0007】
そこで、本発明では、柔軟性を有するシリコーンゴムを使用して、トナー離型性が優れた定着部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明によると、
離型剤を含むトナー粒子で形成されたトナー画像の定着に用いる定着部材であって、
前記定着部材は、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面に、離型剤に対するバリア層を有し、
前記バリア層は1μm以下の深さの溝を有する、定着部材が提供される。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、柔軟性を有するシリコーンゴムを使用して、トナー離型性が優れた定着部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】図1は、表面処理を施していないシリコーンゴムの一例の表面写真である。
【図2】図2は、プラズマ処理による表面処理後のシリコーンゴムの一例の表面写真である。
【図3】図3は、図2の3次元表示画像である。
【図4】図4は、表面処理を施していないシリコーンゴムに、ワックス押しつけ試験を施した後の表面写真の例である。
【図5】図5は、プラズマ処理による表面処理後のシリコーンゴムに、ワックス押しつけ試験を施した後の表面写真の例である。
【図6】図6は、本発明の定着部材を有するローラ定着装置の一例を示す断面概略図である。
【図7】図7は、本発明の定着部材を有する画像形成装置の例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明を、図面を参照することにより、具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で、変更及び/又は改良することができる。
【0012】
[定着部材]
本発明の定着部材に用いるシリコーンゴムは、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムを使用することができる。シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムであれば、側鎖は特に限定されず、例えば、ジメチルシリコーンゴムや、フロロシリコーンゴムを使用することができる。
【0013】
本発明は、上述のシリコーンゴムに、下記に詳述する表面処理を施すことで、酸素富化層(トナーに対するバリア層)を有する定着部材を作成する。通常、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムは、ノルマルオクタンなどの離型剤(ワックス)による膨潤性が高い。しかしながら、シリコーンゴムの表面を、下記に詳述する表面処理を施すことにより、ワックスに対するバリア層を形成できる。同時に、シリコーンゴムの表面に溝を作成することができ、これによりワックスを広く表面に分布させることができるため、ワックスに対する離型性がさらに向上する。
【0014】
溝を有するバリア層を含む定着部材を作成するための表面処理としては、例えば、プラズマ処理、紫外線(オゾン)処理、又は電子線処理等が挙げられる。
【0015】
プラズマ処理の方法としては、例えば、プラズマリアクター(PR500;ヤマト科学社製)を用いて、出力:100W、処理時間:60秒、反応ガス:アルゴン99.999%、反応圧力:10Paなどで行うことができる。本発明は上述のプラズマ処理条件に限定されないが、プラズマ処理条件を制御することにより、バリア層の溝の深さを1μm以下とすることが好ましく、0.3μm以下とすることがより好ましい。バリア層の溝の深さが1μm以下の場合、紙への追従性も高く、高画質、高光沢の画質が得られる定着部材となる。一方、バリア層の溝の深さが1μmを超える場合、シリコーンゴムの弾性が失われることがある。また、バリア層の溝の内部にワックスが入り込むことがある。
【0016】
また、バリア層の溝の間隔の平均値は、トナーの体積平均粒径の2倍よりも小さいことが好ましい。バリア層の溝の間隔の平均値は、トナーの体積平均粒径の2倍よりも小さくすることにより、定着時にトナーがつぶれた際に、トナーの下にワックスが入り込むための溝が存在することで、トナーの離型性が向上すると考えられる。なお、トナーの体積平均粒径は、コールターカウンター[TAーII]型(アパーチャー径:50μm、コールター社製)等を用いて測定できる。
【0017】
バリア層の溝の間隔は、例えば、下記の方法で決定することができる。バリア層における長手方向中央部において、レーザー顕微鏡(株式会社キーエンス製;VK9500)等により、90°ごとに4点画像を測定する。得られた画像に対して、例えば、100μmの縦線2本、横線2本の測定線を選択する。測定線上の溝間隔を測定し、平均する。
【0018】
紫外線処理の方法としては、例えば、紫外線照射装置(USHIO製;UVC−02516S1AB01(灯具 UVH−0252C−2200 ランプUVL−4001M3−N1))を用いて、照射電力120W、処理時間は10秒で行うことができる。本発明は上述の紫外線照射条件に限定されないが、紫外線照射条件を制御することにより、バリア層の溝の深さを1μm以下とすることが好ましく、0.3μm以下とすることがより好ましい。
【0019】
また、紫外線照射により溝を有するバリア層を含む定着部材を作成する場合、均一に紫外線を照射するために、シリコーンゴムを回転させながら照射することが好ましい。
【0020】
バリア層における酸素濃度は、例えば、XPSを用いたC60イオンエッチングによる深さ方向分析により、測定することができる。バリア層における酸素濃度は、元のシリコーンゴムに対して20%以上の酸素富化であることが、トナーに対する離型性が優れるため好ましい。
【0021】
図1に、表面処理を施していないシリコーンゴムの表面写真を示し、図2に、プラズマ処理による表面処理後のシリコーンゴムの表面写真を示す。また、図3に、図2の3D表示画像を示す。なお、図1及び図2の表面写真は、レーザー顕微鏡(キーエンス社製;VK9500)を用いて撮影したものである。また、図1及び図2のシリコーンゴムは、70μmのポリイミド基板上に、シリコーンゴム(東レ・ダウコーニング社製;DY35−2083)をブレード塗装により200μm塗装し、150℃で30分加熱後、200℃で4時間2次加熱したものを使用した。さらに、プラズマ処理は、プラズマリアクター(PR500;ヤマト科学社製)を用いて、出力:100W、処理時間:60秒、反応ガス:アルゴン99.999%、反応圧力:10Paで行った。
【0022】
図1からわかるように、プラズマ処理を施していないシリコーンゴムは、表面が滑らかである。一部、シリコーンゴム内に分散された粒子が観察されるが、これは表面の粗さには実質的に影響を与えない。一方、図2では、概ね10μm以下程度の間隔で溝が観察される。また、図3からわかるように、溝の深さは、0.1〜0.2μm程度である。
【0023】
図4に、表面処理を施していないシリコーンゴムに、ワックス押しつけ試験を施した後の表面写真を示し、図5に、プラズマ処理による表面処理後のシリコーンゴムに、ワックス押しつけ試験を施した後の表面写真を示す。なお、ここで言うワックス押し付け試験の手順は、下記の通りである。サンプルをφ10mmに打ち抜き、φ10mmの金属円柱に常温で接着する。次に、145℃に加熱したホットプレート上にスライドガラスを乗せ、少量のカルナバワックスを溶かし、薄く広げる。このワックス上に1000gfの荷重で50m秒押しつけて、離し、すぐに冷却する。
【0024】
図4からわかるように、表面処理を施していないシリコーンゴムでは、浸透し切れなかったと考えられるワックスが、部分的に球状で残存している。一方、図5では、形成された溝に従ってワックスが分布している。即ち、プラズマ処理により、ワックスが広範囲に展開している。
【0025】
本発明の定着部材は、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムに、表面処理を施し、溝を有するバリア層を形成させれば、形状は限定されず、例えば、ローラ状、ベルト状又はシート状等の、公知の形状で構わない。また、公知の芯材の表面に、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムに、表面処理を施し、溝を有するバリア層を形成させても良い。
【0026】
[定着装置]
図6に、本発明の定着部材を有するローラ定着装置の例の断面概略図を示す。ローラ定着装置20は、本発明の定着部材の一例である、定着ローラ21の内部に、加熱手段であるハロゲンヒータ22を含む。定着ローラ21には、温度センサー23が配置されている。また、ローラ定着装置20は、加圧ローラ24を含む。加圧ローラ24は、定着ローラ21に圧接されており、記録媒体Pが通過してトナー像Tが定着されるニップ部を形成している。定着ローラ21は、基材である芯金25の表面に弾性層26が形成される構造である。加圧ローラ24は、芯金27の表面に、耐熱性ゴムで形成された弾性層28と離型層29とが順次積層されている。
【0027】
ローラ定着装置20は、本発明に係る定着部材(定着ローラ21)を使用しているので、トナーの離型性が良好であり、高画質の定着画像が得られる。また、定着部材(定着ローラ21)は、紙表面との密着性が高い。そのため、離型層29とトナーとの間の空隙による熱抵抗が低く、定着温度を下げることもできる。
【0028】
[画像形成装置]
図7に、本発明の定着部材を有する画像形成装置の例の概略図を示す。画像形成装置30は、トナー像を形成して記録媒体に転写する画像形成部と、記録媒体に転写された画像を定着させる定着装置39とを有する。画像形成部は、静電潜像が形成される像担持体31、像担持体31に接触して帯電処理を行う帯電ローラ32、レーザービーム等の露光装置33、像担持体31上に形成された静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ34、帯電ローラ32にDC電圧を印加するための電源35、像担持体31上のトナー像を記録媒体Pに転写処理する転写ローラ36、転写処理後の像担持体31をクリーニングするためのクリーニング装置37、像担持体31の表面電位を測定する表面電位計38等を備える。また、定着装置39は、本発明の定着部材の一例である、内部に加熱手段を含む定着ローラ40と加圧ローラ41とから構成される。
【0029】
画像形成装置30を用いた画像形成方法を簡単に説明するが、本発明はこれに限定されず、他の公知の画像形成方法を使用することができる。画像形成装置30では、回転する像担持体31の感光層を、帯電ローラ32により、一様に帯電させた後に、レーザービーム等の露光装置33で露光して静電潜像を形成する。この静電潜像に現像ローラ34によってトナーを付着させて現像し、トナー像として記録媒体P上に転写する。そして、転写されたトナー像を有する記録媒体Pを、定着ローラ40及び加圧ローラ41からなる定着装置39のニップ部で圧接する。記録媒体P上に付着したトナー像を、定着ローラ40の熱により軟化させつつ加圧することで、記録媒体P上に定着させ、排紙部へと排紙する。なお、上述のように、図7の構成概略図では、定着部材はローラ形状であるが、ベルト形状又はシート状でも良い。
【実施例】
【0030】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【0031】
[プラズマ処理による定着部材(定着ローラ)の作成]
環状の補強リブにより補強された、厚さ0.4mmの芯金(アルミニウム製)の表面に、シリコーンゴム用プライマーを、厚さが0.5μmとなるように塗工した。このプライマー処理した芯金を、マンドレルに固定し、シリコーン(東レ・ダウコーニング社製:DY35−2083)をブレード塗装にて2mm塗装した。その後、150℃、30分間で加熱後、200℃4時間で二次加熱した。得られたシリコーンゴム表面に、プラズマ処理を行った。なお、各実施例(実施例1〜4)及び各比較例(比較例1〜2)では、プラズマ発生時の投入電力及び処理時間を変更することにより、バリア層の溝深さの平均値及び溝間隔の平均値を制御した。この時、比較例2の処理条件では、溝は観察されなかった。
【0032】
プラズマ処理後のシリコーンゴムに、オルトケイ酸テトラエチル(和光純薬工業(株)製)をディッピング塗布し、湿度90%温度60℃の環境下で30分以上保持した。その後、150℃で10分間乾燥し、定着ローラを得た。
【0033】
得られた定着ローラの表面を、XPSを用いてC60イオンエッチングによる深さ方向分析を行った。その結果、実施例1〜4及び比較例1で得られた膜における1μm以下の厚さ部分は、元のシリコーンゴムに対し20%以上の酸素富化部分を有することを確認した。一方、比較例2で得られた膜における1μm以下の厚さ部分は、元のシリコーンゴムに対し15%の酸素富化であった。
【0034】
実施例1〜4及び比較例1〜2の処理条件及び酸素富化量を表1に示す。
【0035】
【表1】

[紫外線照射処理による定着部材(定着ローラ)の作成]
実施例1において、シリコーンゴムのプラズマ処理を、下記の紫外線照射装置を用いた紫外線照射処理に変更した以外は、同様の工程により、実施例5の定着部材を得た。
【0036】
紫外線照射処理は、紫外線照射装置(USHIO製;UVC−02516S1AB01(灯具 UVH−0252C−2200 ランプUVL−4001M3−N1))を用いて、ローラを回転させながら照射した。紫外線照射処理条件は、照射電力120W、処理時間は10秒で行った。
【0037】
また、実施例6〜9及び比較例3〜4では、実施例5における、紫外線照射時の投入電力及び処理時間を変更することにより、バリア層の溝深さの平均値及び溝間隔の平均値を制御した。この時、比較例4の処理条件では、溝は観察されなかった。
【0038】
得られた定着ローラの表面を、XPSを用いてC60イオンエッチングによる深さ方向分析を行った。その結果、実施例5〜9及び比較例3で得られた膜における1μm以下の厚さ部分は、元のシリコーンゴムに対し20%以上の酸素富化部分を有することを確認した。一方、比較例4で得られた膜における1μm以下の厚さ部分は、元のシリコーンゴムに対し14%の酸素富化であった。
【0039】
実施例5〜9及び比較例3〜4の処理条件及び酸素富化量を表2に示す。
【0040】
【表2】

各実施例及び比較例で得られた定着ローラは、下記の方法により平均溝間隔及び平均溝深さを算出した。長手方向中央部において、90°ごとに4点画像を、レーザー顕微鏡(株式会社キーエンス製;VK9500)により測定する。得られた画像に対して、100μmの測定線を決め、任意に選択した縦横各2本計4線上の溝間隔を測定し、平均した。また、溝深さについては、レーザー顕微鏡(株式会社キーエンス製;VK9500)の3次元画像から算出し、平均した。
【0041】
[評価]
また、下記の市販の画像形成装置の定着ユニットの定着ローラと交換し、定着ローラのトナーに対する離型性(耐トナーオフセット性)と定着画像の光沢ムラの評価を行った。なお、評価結果は、表1及び表2に示した。
【0042】
定着ローラのトナーに対する離型性(耐トナーオフセット性)と定着画像の光沢ムラの評価における、評価条件は以下の通りである。
トナー画像形成装置:RICOH imagio MP C4500(株式会社リコー製)
トナーの体積平均粒径:6.0μm
画像形成原稿:ベタ画像(ブラック、600dpi、100%)
記録媒体:再生紙、マイリサイクルペーパーGP、A4サイズ(株式会社リコー製)
定着装置:RICOH imagio MF4570の定着ユニット(株式会社リコー製)
定着枚数:10,000枚とした。
【0043】
(耐トナーオフセット性)
定着ローラの耐トナーオフセット性の評価の基準を下記に示す。定着装置における定着枚数が10、000枚に達した時点で、定着ローラの表面を目視により観察して、トナーオフセットの有無を確認した。また、定着装置に白紙を通紙し、定着ローラ表面から白紙に転写されたトナーの有無を、目視により確認した。
判定基準:
◎ トナーオフセット及び白紙上に転写されたトナーがともにない;
○ トナーオフセット及び白紙上に転写されたトナーがいずれか一方に微量確認される;
× トナーオフセット及び白紙上に転写されたトナーがともに確認される;
とした。
【0044】
(画像の光沢ムラ)
定着画像の光沢ムラの評価は、定着枚数10,000枚目のベタ定着画像の光沢ムラを目視により確認し、下記の基準で評価した。
◎ 光沢ムラなし;
○ 光沢ムラわずかにあり;
× 光沢ムラあり;
とした。
【符号の説明】
【0045】
T トナー像
P 記録媒体
20 ローラ定着装置
21 定着ローラ
22 ハロゲンヒータ
23 温度センサー
24 加圧ローラ
25 芯金(基体)
26 弾性層(定着部材)
27 芯金(基体)
28 弾性層
29 離型層
30 画像形成装置
31 像担持体
32 帯電ローラ
33 露光装置
34 現像ローラ
35 電源
36 転写ローラ
37 転写媒体
38 クリーニング装置
39 定着装置
40 定着ローラ
41 加圧ローラ
【先行技術文献】
【特許文献】
【0046】
【特許文献1】特開2003−295663号公報

【特許請求の範囲】
【請求項1】
離型剤を含むトナー粒子で形成されたトナー画像の定着に用いる定着部材であって、
前記定着部材は、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面に、離型剤に対するバリア層を有し、
前記バリア層は1μm以下の深さの溝を有する、定着部材。
【請求項2】
前記バリア層の酸素濃度は、前記シリコーンゴムの酸素濃度に対して20%以上の酸素富化である、請求項1に記載の定着部材。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の定着部材を有する定着装置。
【請求項4】
請求項3に記載の定着装置を有する画像形成装置。
【請求項5】
シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面に、離型剤に対するバリア層を有し、
前記バリア層は1μm以下の深さの溝を有する、定着部材の製造方法であって、
シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面をプラズマ処理する工程を含む、離型剤を含むトナー粒子で形成されたトナー画像の定着に用いる定着部材の製造方法。
【請求項6】
シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面に、離型剤に対するバリア層を有し、
前記バリア層は1μm以下の深さの溝を有する、定着部材の製造方法であって、
シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面を紫外線照射処理する工程を含む、離型剤を含むトナー粒子で形成されたトナー画像の定着に用いる定着部材の製造方法。

【図6】
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【図7】
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【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−242669(P2012−242669A)
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−113793(P2011−113793)
【出願日】平成23年5月20日(2011.5.20)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】