(57)【要約】【課題】耐摩耗性に優れた画像定着装置用シート状摺動部材及び押圧部材、並びにこれらを用いた画像定着装置を提供する。【解決手段】ポリテトラフルオロエチレンモールディングパウダー（懸濁重合により得られるポリテトラフルオロエチレンパウダー）より製造したシートを用いた画像定着装置用シート状摺動部材、及び当該摺動部材を用いた押圧部材、並びに当該押圧部材を用いた画像定着装置。前記シートには変形防止耐熱シートが積層されていることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリテトラフルオロエチレンモールディングパウダーより製造したシートを用いた画像定着装置用シート状摺動部材。
【請求項２】
前記シートの厚さが、２５〜５００μｍである請求項１記載のシート状摺動部材。
【請求項３】
前記シートに、変形防止耐熱シートが積層されている請求項１記載のシート状摺動部材。
【請求項４】
前記変形防止耐熱シートが、耐熱性樹脂シートである請求項３記載のシート状摺動部材。
【請求項５】
前記変形防止耐熱シートが、耐熱織布である請求項３記載のシート状摺動部材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のシート状摺動部材を備えた画像定着装置用押圧部材。
【請求項７】
請求項６記載の押圧部材を備えた画像定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等における電子写真画像形成に使用する画像定着装置用シート状摺動部材、及び当該摺動部材を用いた押圧部材、並びに当該押圧部材を用いた画像定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像定着装置においては、一対の加熱された定着ロール及び加圧ロールを用いるロール定着法が一般に用いられてきた。この方法では、定着ロール及び／又は加圧ロールの弾性層が変形してニップ部が形成される。記録紙の搬送速度を増大し、トナーに十分な熱を与えて画像定着装置を高速化及び高画質化するためには、このニップ部の幅を大きく取る必要があるが、ロール定着法においてニップ部幅を大きく取るには、弾性層の厚みをある程度厚くする必要があり、それが定着ロールに吸収される熱量の増大を招いていた。定着ロールに吸収される熱量が大きいと、定着ロールを室温から定着可能温度に上昇させるまでの時間（立ち上げ時間）が長くかかるため、その結果、効率が悪いという問題があった。
【０００３】
そこで、前記問題を解決するために、特許文献１では、表面が弾性変形する回転可能な加熱定着ロールと、前記加熱定着ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置されて、前記エンドレスベルトを前記加熱定着ロールに圧接させ、前記エンドレスベルトと前記加熱定着ロールとの間に記録紙（シート）が通過させられるベルトニップを設けると共に、前記加熱定着ロールの表面を弾性変形させる押圧部材（圧力パッド）とを具備してなるベルトニップ方式の画像定着装置が提案されている。
【０００４】
この画像定着装置において、押圧部材の表層に、低摩擦シート（シート状摺動部材）としてポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥともいう）ディスパージョン（すなわち、テトラフルオロエチレンの乳化重合により得られるディスパージョン）を含浸させたガラス繊維シート（ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス）を用いることが開示されている。
【０００５】
この装置では、エンドレスベルトを用いることにより所定のニップ幅を得ることが容易であり、従来のロール定着法による装置と比較して熱損失を低減し、立ち上げ時間を短縮することが可能である。しかし、圧力パッドとエンドレスベルトとの間の耐摩耗性が不十分であり、長時間運転するとシート状摺動部材と連続摩擦を繰り返すエンドレスベルトの表面が荒れて摩擦抵抗が増大し、記録紙のスリップによる画像のずれが発生したり、加熱定着ロールのギア受け部にかかる応力が増大し、ギアの破損を引き起こすという技術課題が新たに発生した。
【０００６】
この現象は、ＰＴＦＥ含浸ガラスクロスを用いた場合、長時間の使用によりＰＴＦＥが摩耗してガラスクロスが露出し、エンドレスベルトの表面を荒らして摩擦抵抗が急激に増大することが原因で起こっていた。
【０００７】
特許文献２では、かかる問題を解決するために、ガラスクロスに、テトラフルオロエチレンの乳化重合で得られるＰＴＦＥディスパージョンを塗布し焼成した摺動部材に、親油性処理を施したフッ素樹脂を塗布するか、もしくは親油化剤をフッ素樹脂と併用するという方法による、オイル保持性の改善が提案されている。しかしながら、この方法においても、エンドレスベルトとの連続摩擦を繰り返すことにより生ずるガラスクロスの露出は抑えることができず、結果的にベルト摺動面が傷つけられ、摺動抵抗の増加、ＰＴＦＥ摩耗粉末による潤滑オイルの粘度上昇といった問題が生じていた。
【特許文献１】特開平８−２６２９０３号公報
【特許文献２】特開２００１−２４９５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、耐摩耗性に優れた画像定着装置用シート状摺動部材及び押圧部材、並びにこれらを用いた画像定着装置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】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明は、ポリテトラフルオロエチレンモールディングパウダーより製造したシートを用いた画像定着装置用シート状摺動部材である。
前記シートの厚さは、２５〜５００μｍであることが好ましい。また、前記シートに、変形防止耐熱シートが積層されていることが好ましく、当該変形防止耐熱シートとしては、耐熱性樹脂シートおよび耐熱織布が好適である。
また、本発明は、当該シート状摺動部材を備えた画像定着装置用押圧部材であり、さらに本発明は、当該押圧部材を備えた画像定着装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、耐摩耗性に優れた画像定着装置用シート状摺動部材および押圧部材を提供することができる。また、本発明のシート状摺動部材及び押圧部材は、素材にＰＴＦＥを用いているため、画像定着装置への使用に十分な耐熱性を有している。従って、本発明の押圧部材を用いた画像定着装置では、長期間にわたって良好な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】
【００１２】
本発明においては、ＰＴＦＥモールディングパウダーより製造したシート（以下、ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートともいう）が、シート状摺動部材に用いられる。
【００１３】
ＰＴＦＥモールディングパウダーとは、テトラフルオロエチレンの懸濁重合によって得られるＰＴＦＥ粉末のことをいう。従来、画像定着装置用シート状摺動部材には、テトラフルオロエチレンを乳化重合して得られるＰＴＦＥディスパージョンに、ガラスクロスを含浸させて得たＰＴＦＥ含浸ガラスクロスが使用されていた。本発明は、ＰＴＦＥモールディングパウダーを成形して得たシートを画像定着装置用シート状摺動部材として用いれば、従来のＰＴＦＥ含浸ガラスクロスよりも耐摩耗性に優れる摺動部材となることを見出したものである。テトラフルオロエチレンの懸濁重合は、常法に準じて行えばよく、ＰＴＦＥモールディングパウダーは、市販品としても入手可能である。
【００１４】
ＰＴＦＥモールディングパウダーの粒径（ＪＩＳ  Ｋ  ００６９に準拠）としては、２５〜５００μｍが好ましく、５０〜１００μｍがより好ましい。）
【００１５】
ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートを作製するには、ＰＴＦＥモールディングパウダーを圧縮成形後焼成してＰＴＦＥ成形体とし、さらに適宜所望の厚みとなるようにスカイブ（切削）すればよい。圧縮成形の好適な条件としては、例えば、圧力１０〜２０ＭＰａ、保持時間１５〜１２０分である。焼成の好適な条件としては、例えば、焼成温度３５０〜３８０℃、焼成時間４〜４０時間である。
【００１６】
また、ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートは、市販品（例、日本バルカー工業社製Ｎｏ．７９９０、日東電工社製Ｎｏ．９００等）として入手することもできる。
【００１７】
ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートの厚さとしては、２５〜５００μｍが好ましい。厚さが２５μｍ未満では、十分な強度が得られないおそれがあり、厚さが５００μｍを超えると、画像定着装置の画像定着において、画像不良が発生するおそれがある。シートの厚みは５０〜３００μｍが特に好ましく、この範囲内の厚さでは、とりわけ良好な画像を得ることができる。
【００１８】
当該ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートは、そのまま画像定着装置用シート状摺動部材として使用することが可能であるが、強度の観点から、本発明の画像定着装置用シート状摺動部材は、ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートに変形防止耐熱シートを積層したものであることが好ましい。
【００１９】
変形防止耐熱シートとしては、耐熱性樹脂のシートを用いることが好ましい。当該耐熱性樹脂の耐熱性の程度としては、その融点が、摺動部材の使用温度よりも高ければよい。画像定着装置では、加熱ロールの影響により、摺動部材は１００℃以上（１００〜２２０℃）という高温環境下で使用される。従って、耐熱性樹脂の融点は１００℃を超える温度、好ましくは１８０℃以上である。耐熱性樹脂の融点の上限には特に限定はないが、通常３５０℃程度である。耐熱性樹脂の具体例としては、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等が挙げられる。
【００２０】
さらに、変形防止耐熱シートとして、耐熱織布を用いることもまた好ましい。耐熱織布の例としては、ガラスクロス、ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス、アラミド織布、カーボン織布等が挙げられる。このような耐熱織布は、表面に凹凸があるため、ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートに耐熱織布を積層すれば、ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シート（摺動面）に凹凸を付与することができる。ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートに凹凸が付与されると、摺動用潤滑オイルの保持性が良好となり、定着ロールのトルク上昇を抑制できる。
【００２１】
変形防止耐熱シートの厚さは、通常１２〜１０００μｍであるが、ハンドリング性、強度、柔軟性、コスト等の観点から、２５〜１５０μｍが好ましい。
【００２２】
ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートに変形防止耐熱シートを積層するには、接着剤を用いる方法が好ましい。接着剤としては、フッ素樹脂に対して良好な接着性を発揮するものがよく、シリコーン系接着剤が好適である。
【００２３】
本発明の画像定着装置用シート状摺動部材は、加熱定着ロールにエンドレスベルト（フィルム管状体等）を押圧部材により押し付けるベルトニップ方式の画像定着装置において、エンドレスベルトと押圧部材が接触して摺動する部位に使用される。すなわち、押圧部材の摺接面に使用される。本発明のシート状摺動部材が、ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートと変形防止耐熱シートの積層体であった場合には、ＰＴＦＥモールディングパウダー成形シートが積層された面が摺接面側に使用される。
【００２４】
本発明の押圧部材は、従来の押圧部材のシート状摺動部材を、本発明のシート状摺動部材に置き換えて構成すればよい。具体的には、例えば、支持台上に弾性体（例、シリコーンゴム等の耐熱性エラストマー）を装着し、この弾性体に本発明のシート状摺動部材を被せ、本発明のシート状摺動部材の片端または両端を支持台に結着して本発明の押圧部材を構成することができる。
【００２５】
画像定着装置としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に挙げたように、加熱源を有する回転可能な加熱定着ロールと、該加熱定着ロールに圧接し、従動走行するエンドレスベルトと、該エンドレスベルトの内側に配設され、該エンドレスベルトを加熱定着ロールに向けて押圧して該エンドレスベルトと前記加熱定着ロールとの間にニップ部を形成する押圧部材とを備えた構造のものが知られているが、本発明の画像定着装置は、例えば、このタイプの構造の画像定着装置に、本発明の押圧部材を適用することによって構成できる。
【００２６】
上記本発明のシート状摺動部材及び押圧部材は、耐摩耗性に優れ、また、素材にポリテトラフルオロエチレンを用いているため、画像定着装置への使用に十分な耐熱性を有している。従って、これを用いた本発明の画像定着装置では、押圧部材の摺動部材の摩耗によるエンドレスベルトの損傷が引き起こす、記録紙のスリップによる画像のずれ、ギアの破損の発生等が低減されているため、長期間にわたって良好な画像を得ることができる。
【実施例】
【００２７】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【００２８】
実施例１
懸濁重合により合成された市販のＰＴＦＥ粉末（ＰＴＦＥモールディングパウダー）（ダイキン工業社製Ｍ１２）２５ｋｇを１１５φ×２６５φビュレット金型に投入し、プランジャー速度１０ｍｍ／分、加圧圧力１５ＭＰａ、保持時間３０分で圧縮成形した。得られた成形体を、３６０℃で１６時間焼成した後、切削旋盤にてスカイブして厚さ２５μｍのＰＴＦＥシート（シート状摺動部材）を得た。このシートの耐摩耗性を、以下の方法により評価した。結果を表１に示す。
【００２９】
（往復動摩擦試験）
往復動摩擦試験は、バウデン−レーベン法により行った。定盤上にシート試料を置き、シート試料上で、表面にポリイミドフィルムを貼り付けた１０ｍｍφの鋼球を、荷重２００ｇｆ（１．９６Ｎ）、ストローク長５０ｍｍ、移動速度１５０ｍｍ／分で往復移動させ、摩擦係数を測定した。
【００３０】
（テーバー摩耗試験）
テーバー摩耗試験は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２０４に準拠して行った。摩耗試験機には東洋精機製５１３０ＡＢＲＡＳＥＲを、摩耗輪にはＣＳ−１７を用い、荷重は５００ｇｆ（４．９０Ｎ）、回転数は５００回転とした。試験の前後において試料の重量を電子天秤で測定し、摩耗量を求めた。
【００３１】
実施例２
市販のＰＴＦＥモールディングパウダー（ダイキン工業社製Ｍ１２）２５ｋｇを１１５φ×２６５φビュレット金型に投入し、プランジャー速度１０ｍｍ／分、加圧圧力１５ＭＰａ、保持時間３０分で圧縮成形した。得られた成形体を、３６０℃で１６時間焼成した後、切削旋盤にてスカイブして厚さ２５μｍのＰＴＦＥシートを得た。このＰＴＦＥシートの片面を、金属ナトリウム溶液（潤工社製テトラエッチ）を用いて表面処理した。この処理面に市販のシリコーンゴムペースト（信越シリコーン社製ＫＥ−１８４２）を、アプリケーターを用いて厚さ３０μｍに塗布した。その上に市販の７５μｍポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製カプトン３００Ｈ）を重ね、温度１２０℃、圧力３ＭＰａで１時間プレス接着させ、シート状摺動部材を得た。得られたシート状摺動部材の耐摩耗性を、実施例１記載の方法により評価した。結果を表１に示す。
【００３２】
実施例３
市販のＰＴＦＥモールディングパウダー（ダイキン工業社製Ｍ１２）２５ｋｇを１１５φ×２６５φビュレット金型に投入し、プランジャー速度１０ｍｍ／分、加圧圧力１５ＭＰａ、保持時間３０分で圧縮成形した。得られた成形体を、３６０℃で１６時間焼成した後、切削旋盤にてスカイブして厚さ２５μｍのＰＴＦＥシートを得た。このＰＴＦＥシートの片面を、金属ナトリウム溶液（潤工社製テトラエッチ）を用いて表面処理した。この処理面に市販のシリコーンゴムペースト（信越シリコーン社製ＫＥ−１８４２）を、アプリケーターを用いて厚さ３０μｍに塗布した。その上に市販の１２０μｍガラスクロス（日東紡績社製ＫＳ−１１３３Ｊ）を重ね、温度１２０℃、圧力３ＭＰａで１時間プレス接着させ、シート状摺動部材を得た。得られたシート状摺動部材の耐摩耗性を、実施例１記載の方法により評価した。結果を表１に示す。
【００３３】
実施例４
市販のＰＴＦＥモールディングパウダー（ダイキン工業社製Ｍ１２）２５ｋｇを１１５φ×２６５φビュレット金型に投入し、プランジャー速度１０ｍｍ／分、加圧圧力１５ＭＰａ、保持時間３０分で圧縮成形した。得られた成形体を、３６０℃で１６時間焼成した後、切削旋盤にてスカイブして厚さ２５μｍのＰＴＦＥシートを得た。このＰＴＦＥシートの片面を、金属ナトリウム溶液（潤工社製テトラエッチ）を用いて表面処理した。この処理面に市販のシリコーンゴムペースト（信越シリコーン社製ＫＥ−１８４２）を、アプリケーターを用いて厚さ３０μｍに塗布した。その上に市販の１００μｍ片面接着処理ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス（日東電工社製Ｎ０．９７１）を重ね、温度１２０℃、圧力３ＭＰａで１時間プレス接着させ、シート状摺動部材を得た。得られたシート状摺動部材の耐摩耗性を、実施例１記載の方法により評価した。結果を表１に示す。
【００３４】
比較例１
比較例として、市販の１３０μｍ片面接着処理ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス（日東電工社製Ｎ０．９７０−４ＵＬ）を用意し、実施例１記載の方法により評価した。結果を表１に示す。
【００３５】
比較例２
ＰＴＦＥファインパウダー８０重量部に液状潤滑剤（流動パラフィン）２０重量部を加えたペースト状の混和物を予備成形し、ペースト押出により丸棒状に成形した。次に、この成形体を押出方向と同一方向に圧延してシート（厚さ１２０μｍ）を得、有機溶剤で流動パラフィンを抽出した後に、３６０℃で５分間焼成し、シート状摺動部材を得た。得られたシート状摺動部材の耐摩耗性を、実施例１記載の方法により評価した。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2008039934.tif 000002
【００３７】
比較例１との比較により、本発明のシート状摺動部材（実施例１〜４のシート状摺動部材）が、従来のシート状摺動部材（比較例１のシート状摺動部材）よりも優れた耐摩耗性を有していることがわかる。また、比較例２との比較により、本発明では、ＰＴＦＥモールディングパウダーを使用することが重要であることがわかる。