(57)【要約】【課題】本発明の課題は、薄膜であってもフランジ部材によるネジレや座屈を起こさない剛性を有し、プリントの速度に依存することなく安定した摺動性を有する画像形成装置用定着部材を提供すること。【解決手段】少なくとも一つのフッ素樹脂が少なくとも一つの炭素繊維で強化された複合材料からなる画像形成装置用定着部材。【選択図】図１
2012022110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのフッ素樹脂が少なくとも一つの炭素繊維で強化された複合材料からなる画像形成装置用定着部材。
【請求項２】
前記フッ素樹脂が、少なくとも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）を含む請求項１に記載の画像形成装置用定着部材。
【請求項３】
前記炭素繊維が開繊糸からなる請求項１に記載の画像形成装置用定着部材。
【請求項４】
前記定着部材の総膜厚が３０μｍ以上１３０μｍ以下の範囲である請求項１に記載の画像形成装置用定着部材。
【請求項５】
前記炭素繊維の体積含有率（Ｖｆ）が３０％以上７０％以下である請求項１に記載の画像形成装置用定着部材。
【請求項６】
繊維方向の引張弾性率が１０ＧＰａ以上である請求項１から４のいずれかに記載の画像形成装置用定着部材。
【請求項７】
繊維方向の引張強度が２５０ＭＰａ以上である請求項１から４のいずれかに記載の画像形成装置用定着部材。
【請求項８】
前記画像形成装置用定着部材がチューブ状、ベルト状のいずれかである請求項１から７のいずれかに記載の画像形成装置用定着部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等のトナー画像形成装置の加熱定着装置に用いられる定着部材及び加熱定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式に用いられる加熱定着装置では、一対の加熱されたローラとローラ、フィルムとローラ、ベルトとローラといった回転体が圧接されており、未定着のトナー画像を保持した被加熱体がこの回転体間の圧接部位に導入され加熱・溶融させて定着がなされ記録紙上に永久画像が形成される。
【０００３】
被加熱体の未定着トナーを保持した面が接する側の回転体は定着部材と称し、その形態に応じて定着ローラ、定着チューブ、定着ベルト等と呼ばれる。
【０００４】
例えば、図１に示される一般的な定着チューブを使用した加熱定着装置において、回転体である円筒状定着チューブ１の駆動方法としては、定着チューブ１の内周面を案内するチューブガイド２と加圧ローラ４とで圧接された定着チューブ１を加圧ローラ４の回転駆動によって従動回転する方法が多く採用されている。図１において３はセラミックヒーター、Ｎは定着チューブ１と加圧ロール４による圧接部位、７は被加熱体、８は未定着トナー像、９は永久画像である。
【０００５】
このような加熱定着装置１０において、回転体であるエンドレスベルト状の定着ベルトの長手方向の左右への寄りの防止方法としては、フランジ部材で接触ニップ域を除く定着ベルトの端部位置を規制するものが既に知られている（例えば、特許文献１）。フランジ部材は文献１に記載している名称を使用した。
【０００６】
このようなベルト内面摺動タイプの加熱定着装置では、駆動時に負荷が大きい。この駆動負荷を低減するために定着ベルト内面とその支持部材との動摩擦抵抗を低減させることが重要になっており、定着ベルト内面とその支持部材との間に耐熱性グリース等の潤滑材を介在させることにより摺動性を確保している（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献２】特開平０５−０２７６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、以上に述べたような定着チューブや定着ベルトを用いた構成の定着装置で、定着チューブやベルト端部をフランジ部材に突き当てて寄りを防止する手法を採用した場合、以下のような問題があった。
【０００９】
定着ベルトは加圧ロールとの接触ニップ域からの寄り力を受けて軸方向の移動を起こす。これに対して、定着ベルトが前記フランジ部材に突き当たった際に、定着ベルト端部がフランジ部材から寄り規制力を受ける。このとき、寄り力と寄り規制力とは平行であるが、同じ直線上に無いため、定着ベルトにモーメントが働き、このモーメントにより、定着ベルトにねじれや波打ち、座屈等が生じるという技術的課題が生ずる。
【００１０】
さらに、このようなモーメントを受けた際に、定着ベルトがねじれや波打ち、座屈等を起こさないためには、定着ベルトそのものに高い剛性が要求される。剛性の高いベルト材料としては、金属、特にＳＵＳや鉄などが挙げられるが、しなやかさが失われてしまう。溶接を用いたシームレス化チューブ又はベルトもあるが、接合部分の信頼性が十分ではない。一方、ポリイミドのような樹脂チューブ又はベルトでは強度が低いため、前述のようにねじれや波打ち、座屈等を起こしてしまう。これを補うために、膜厚の厚いベルトを用いることも可能ではあるが、コストが高くなり好ましくない。
【００１１】
また、一方、グロスモードのような低速プリントを行う場合には以下のような問題があった。
【００１２】
低速プリント時には摺動性を確保するために塗布したグリースの粘性抵抗が高くなって駆動負荷が上昇することや、定着ベルトがゆっくり回転することにより摺動部材と定着ベルト内面との密着性が上がるため、定着ベルトの回転がローラの回転に追従しづらくなるという問題が生じる。
【００１３】
上記問題は具体的には、定着ベルト内面と摺動部材との摺動抵抗が高い状態で、特に低速回転時にスティックスリップと呼ばれる微小なビビリが発生し、画像に悪影響を与えることがあった。
【００１４】
本発明の課題は、薄膜であってもネジレや座屈を起こさない剛性を有し、プリントの速度に依存することなく安定した摺動性を有する画像形成装置用定着部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願発明者らは、鋭意検討の結果、炭素繊維の開繊糸とフッ素樹脂の複合材料を用い、定着基材の表面が優れた摺動性を有し、薄膜であっても引張弾性率、引張強度及び座屈性等の特性が維持できることを、見出し本発明を完成した。
【００１６】
すなわち請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、少なくとも一つのフッ素樹脂が少なくとも一つの炭素繊維で強化された複合材料からなる画像形成装置用定着部材である。
【００１７】
次に請求項２記載の発明に係る画像形成装置用定着部材は、請求項１記載の発明において、前記フッ素樹脂が少なくとも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）を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明に係る画像形成装置用定着部材は、請求項１記載の発明において、前記炭素繊維が開繊糸からなることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明に係る画像形成装置用定着部材は、請求項１記載の発明において、前記定着部材の総膜厚が３０μｍ以上１３０μｍ以下の範囲である。
【００２０】
請求項５記載の発明に係る画像形成装置用定着部材は、請求項１記載の発明において、前記炭素繊維の体積含有率（Ｖｆ）が３０％以上７０％以下であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載の発明に係る画像形成装置用定着部材は、請求項１から４のいずれかに記載の発明において、繊維方向の引張弾性率が１０ＧＰａ以上であることを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の発明に係る画像形成装置用定着部材は、請求項１から４のいずれかに記載の発明において、繊維方向の引張強度が２５０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明に係る画像形成装置用定着部材は、請求項１から７のいずれかに記載の発明において、前記画像形成装置用定着部材がチューブ状、ベルト状のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
トナーの離型性及び内面摺動性の高いフッ素樹脂を、強度及び弾性率の高い炭素繊維とくに薄厚の開繊糸で強化することにより、定着チューブ又はベルトとして必要な引張弾性率、引張強度及び内面摺動性を薄膜で同時に実現することができる。また、薄膜であり開繊した炭素繊維を用いることによって熱伝導性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的な加熱定着装置の模式的概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明にかかる画像形成装置用定着部材について詳細に説明する。
【００２７】
本発明の画像形成装置用定着部材は、少なくとも一つのフッ素樹脂が少なくとも一つの炭素繊維で強化された複合材料からなる。
【００２８】
前記フッ素樹脂は、高温で流動する特徴をもち、且つ溶融接着力の高い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）を少なくとも含むことが好ましい。ＰＦＡとしては、例えば、三井デュポンフロロケミカル社製テフロン（登録商標）ＰＦＡなどが挙げられる。具体的には、前記フッ素樹脂の７５重量％以上は、ＰＦＡが好ましい。８５重量％以上であることがより好ましく、９０重量％以上がさらに好ましい。７５重量％以上であると、加熱によって溶融したＰＦＡを炭素繊維に含浸することで成形できるので好ましい。また、非粘着性、とくに電子写真方式による画像形成装置のトナーに対する非粘着性が高くなり好ましい。また、内面摺動性が高くなり、スティックスリップと呼ばれる微小なビビリを抑制することができるので好ましい。前記フッ素樹脂の副成分は、とくに限定されるものではないが、例えば、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）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが挙げられる。
【００２９】
前記炭素繊維は、膜厚を薄くでき表面の凹凸が小さくなる観点から、開繊糸がとくに好ましい。炭素繊維の種類に関してはとくに限定されないが、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維などが挙げられる。開繊糸としては、例えば、サカイオーベックス社の開繊糸が挙げられる。前記開繊糸は、そのまま用いてもよいし、一方向に引きそろえて用いてもよいし、織物にして用いてもよい。
【００３０】
本発明の画像形成装置用定着部材の総膜厚は、３０μｍ以上１３０μm以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは、５０μｍ以上１１０μm以下の範囲である。さらに好ましくは、７０μm以上９０μｍ以下である。３０μｍ未満であると膜自体の強度が低くなり好ましくない。１３０μmよりも高いと膜に柔軟性がなくなり好ましくない。
【００３１】
本発明の画像形成装置用定着部材の繊維体積含有率（Ｖｆ）は３０％以上８０％以下であることが好ましい。Ｖｆが２０％未満であると繊維の強度が発揮されずに好ましくない。８０％よりも高いとフィルムの表面に繊維による凹凸が顕著になり、表面粗度Ｒｚの上昇や炭素繊維が露出するなど、画像形成に問題が生じる。
【００３２】
本発明の画像形成装置用定着部材の繊維方向の引張弾性率は、１０ＧＰａ以上である。１０ＧＰａ以上であると、前記膜厚においても、ねじれ剛性が高くなり好ましい。
【００３３】
本発明の画像形成装置用定着部材の繊維方向の引張強度は、２５０ＭＰａ以上である。２５０ＭＰａ以上であると、前記膜厚においても、過剰な負荷がかかった場合にも破断することがないので好ましい。
【００３４】
本発明の画像形成装置用定着部材の製造方法は、とくに限定されないが、例えば、炭素繊維とフッ素樹脂パウダー又はフィルムを熱溶融プレスでラミネートしたフィルムをチューブ状に成形する方法や、円筒形の芯金に開繊糸を巻きつけて成形するフィラメントワインディング法などがある。フィラメントワインディング法においては、巻き付ける前の開繊糸にフッ素樹脂のディスパージョン液を付着させてプリプレグにしてから賦形する方法や、巻きつけながらフッ素樹脂の粉体を付着させたりフィルムを貼付して賦形する方法などがある。
【００３５】
次に、本発明の画像形成装置用定着部材の繊維方向の引張弾性率は、１０ＧＰａ以上であることが好ましい。引張弾性率が１０ＧＰａ以上であると、前記膜厚においても、ネジレ剛性が高くなり、フランジ部材による定着部材のネジレが起こらないため好ましい。
【００３６】
［引張強度及び引張弾性率の測定］
ここでは、画像形成装置用定着部材の引張強度及び引張弾性率の測定方法について説明する。
（１）引張強度
作製された画像形成装置用定着部材の繊維方向の引張強度は、ＪＩＳＫ７１６４にしたがって、島津製作所製オートグラフＡＧＳ−１０ｋＮＧを用い、引張速度を２０ｍｍ／分、チャック間距離３０ｍｍで測定した。
【００３７】
（２）引張弾性率
作製された画像形成装置用定着部材の繊維方向の引張弾性率は、ＪＩＳＫ７１６４にしたがって、島津製作所製オートグラフを用い、引張速度を２０ｍｍ／分、チャック間距離３０ｍｍで測定した。
［実施例］
【実施例１】
【００３８】
１２，０００本から４８，０００本のフィラメントの繊維束を２０〜４０ｍｍの幅に拡げたサカイオーベックス社の開繊糸を用いた平織りの織物（目付６０ｇ／ｍ２）に、厚さ５０μｍの三井デュポンフロロケミカル社製テフロン（登録商標）ＰＦＡフィルムを積層した。前記積層物をホットプレスにより、０．１ＭＰａの圧力のもと３９０度Ｃで６０分間、１ＭＰａの圧力のもと３９０度Ｃで６０分間プレスし、接着一体化しフィルムを得た。
【００３９】
次に、当該フィルムをφ１８ｍｍの円筒形の金型に巻きつけて固定させ、接合部分を４００度Ｃで加熱して熱可塑性であるフッ素樹脂を熱融着させて接着し内面摺動性の高い画像形成装置用定着チューブを得た。
【００４０】
当該チューブの厚さは８０μm、体積含有率（Vｆ）は３７％であった。また、上記引張強度及び引張弾性率の測定方法において、当該チューブの繊維方向の引張強度及び引張弾性率を測定したところ、引張強度は３０８ＭＰａ、引張弾性率は２０．２ＧＰａであった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の画像形成装置用定着チューブ及びベルトは、複写機、プリンタ、ファクシミリ等のトナー画像形成装置の加熱定着装置に好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
５サーミスター
６加圧ロール芯金
１０加熱定装置
【図１】
2012022110.tif 000003