JP2002031977A

JP2002031977A - 加熱定着ロール

Info

Publication number: JP2002031977A
Application number: JP2000214203A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Katabami; 浩方波見
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP3828724B2

Abstract

(57)【要約】【課題】離型層表面の平滑性及び耐摩耗性を向上させ
つつ、円筒体芯金から離型層表面への電気伝導を良好と
し、且つ、離型層の表面にトナーを固着させることなく
良好な非粘着性を得ることができる加熱定着ロールを提
供する。【解決手段】円筒体芯金１の表面にフッ素樹脂を主成
分とするプライマー層２と、フッ素樹脂を主成分とする
離型層３と、を順次有する加熱定着ロール１０におい
て、該離型層３が均一に分散された導電性カーボンブラ
ック４（２〜４重量％）及び最大粒径１０μｍ以下の無
機粉末５（０．５〜１．５重量％）を有し、そして、該
離型層３の表面が１０点平均粗さＲｚで１〜４μｍに平
滑にされたものとする。前記無機粉末５は、好ましく
は、鱗片状である。前記離型層の表面は、金属コロの押
しあてにより平滑にされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
レーザプリンタ、ファクシミリ等の事務機器において用
いられる加熱定着ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真複写機、レーザプリン
タ、ファクシミリ等の事務機器においてては、加熱定着
ロール及び加圧ロールの２本のロールで転写紙を挟持搬
送しながら、転写紙上の未定着トナーを加熱溶融させて
転写紙に密着させることにより、転写紙上の未定着トナ
ーの定着が行われてきた。

【０００３】このような加熱定着ロールとしては、円筒
体芯金の表面に離型層を形成し、該円筒体芯金の略中芯
軸に沿ってハロゲンヒーター等のヒーターを設置したも
のが知られている。かかる加熱定着ロールにおいては、
ヒーターによる熱が円筒体芯金を介してロール表面の離
型層に伝熱されて、未定着トナーが転写紙に定着される
が、近年、事務機器の省エネ対策として、芯金の肉厚を
薄くすると共にハロゲンヒーター等のヒーターへの通電
時間を短くすることが試みられている。また、芯金から
離型層の表面への熱伝達を短くする為、離型層をより薄
くすることが望まれている。

【０００４】このような加熱定着ロールは、例えば、次
のような工程を順次経て製造されている。 (1) アルミニウム合金、鉄系金属等の金属からなる円筒
体の表面に切削、研削加工を施して、円筒体の両端部の
外径を中央部より大きくしてなる鼓形状の円筒体芯金と
する。 (2) 円筒体芯金の表面をサンドブラスト、エッチング、
液体ホーニング等の手段により粗らす。このように円筒
体芯金の表面を粗らすのは、離型層に用いられるフッ素
樹脂が非接着性を有している反面、接着しにくいため
に、芯金表面にフッ素樹脂が入り込むようにアンカー効
果を持たせるためである。

【０００５】(3) 表面を粗らした芯金の表面には、フッ
素樹脂を主成分とするプライマーを塗布し、これを自然
乾燥又は１００〜１５０℃の雰囲気にて乾燥を行って、
プライマー層を形成する。 (4) プライマー層上にフッ素樹脂塗料を塗布する。フッ
素樹脂塗料には、パーフルオロアルコキシ樹脂（以下、
「ＰＦＡ」という。）、４フッ化エチレン樹脂（以下、
「ＰＴＦＥ」という。）等のフッ素樹脂が用いられる
が、ＰＦＡであれば、形態を粉体として塗装することが
できるので、ＰＦＡを回収して再利用することができ
る。このようにプライマー層上に塗布したフッ素樹脂塗
料をフッ素樹脂の融点以上の雰囲気に２０〜４０分間放
置し、焼成させてフッ素樹脂被膜よりなる離型層を形成
する。

【０００６】従来の加熱定着ロールにおいては、離型層
を形成するフッ素樹脂塗料にカーボン、グラファイト、
金属酸化物等の添加剤が添加されている。このような添
加剤がフッ素樹脂塗料に添加されると、加熱定着ロール
に接する転写紙を分離するために該加熱定着ロールに当
接する分離爪によって起こるフッ素樹脂被膜の摩耗やプ
ラス帯電トナーを用いた場合に発生するオフセットが防
止される。

【０００７】さらに、従来の加熱定着ロールにおいて
は、焼成した加熱定着ロールの離型層の表面皮膜は、粗
れているので、転写紙に保持されたトナー粒子を良好に
定着できず、そのために、良質の画像を得ることができ
ない。そこで、このような加熱定着ロールの離型層の表
面を研磨して、その表面を出来るだけ平滑にすることが
行われている。

【０００８】また、焼成後の剥離槽の表面を押圧ロール
にて平滑に加工することが行われている（特公昭５８−
２１２６４号公報）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、加熱定
着ロールにおける離型層表面への導電性を得るための手
段として、離型層のフッ素樹脂に金属酸化物、カーボン
等の導電性物質を添加する手段が取られていたが、フッ
素樹脂に導電性物質を多量に添加した場合、フッ素樹脂
の溶融粘度が著しく上がるので、焼成後の離型層の表面
粗さが粗くなる。そのために、離型層の表面を研磨加工
によって必要以上に削り込まなければならないという問
題があった。

【００１０】近年、電子写真複写機、レーザプリンタ、
ファクシミリ等の事務機器においては、高画質化が進
み、微細トナーが用いられるようになってきたが、従来
技術に示したように、離型層の表面を研磨すると、研磨
目の溝内に微細トナーが入り込み、転写紙より発生する
紙粉介在することによって、トナーが離型層の表面に固
着する現象が発生する。そこで、離型層の表面をクリー
ニングしたり、また、離型層の表面にシリコンオイルを
塗布したりして、転写紙の離型がスムースに行われるよ
うにしている。しかしながら、クリーニング部材に加熱
定着ロールから拭き取ったトナーが溜まり、このトナー
が加熱定着ロールに再移転してオフセットを発生させる
ため、加熱定着ロールの離型層に研磨加工を行った後、
離型層の表面を再溶融させて研磨目を除去しているが、
離型層の表面を再溶融させると、離型層を構成するフッ
素樹脂被膜の耐摩耗性が低下したり、また、芯金との密
着性が低下するという問題があった。

【００１１】また、このような剥離層の表面に、転写紙
の巻付けを分離する分離爪や、加熱定着ロールの表面温
度を制御するためのサーミスタを、接触させるように固
定していたが、これらの分離爪やサーミスタが加熱定着
ロールの表面に回転方向の接触によるキズを付けてしま
い、それらのキズの部分に前述したトナーが入り込んで
固着すると、オフセットの異常画像を発生させるという
問題があった。

【００１２】本発明は、かかる問題を解決することを目
的としている。即ち、本発明は、離型層表面の平滑性及
び耐摩耗性を向上させつつ、円筒体芯金から離型層表面
への電気伝導を良好とし、且つ、離型層の表面にトナー
を固着させることなく良好な非粘着性を得ることができ
る加熱定着ロールを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】即ち、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、円筒体芯金の
表面にフッ素樹脂を主成分とするプライマー層と、フッ
素樹脂を主成分とする離型層と、を順次有する加熱定着
ロールであって、該離型層が均一に分散された導電性カ
ーボンブラック２〜４重量％及び最大粒径１０μｍ以下
の無機粉末０．５〜１．５重量％を有し、そして、該離
型層の表面が１０点平均粗さＲｚで１〜４μｍに平滑に
されていることを特徴とする加熱定着ロールである。

【００１４】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、前記無機粉末が鱗片状である
ことを特徴とするものである。

【００１５】請求項３に記載された発明は、請求項１又
は２に記載された発明において、前記離型層の表面が金
属コロの押しあてにより平滑にされていることを特徴と
するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態を
示す加熱定着ロールの要部拡大断面図である。

【００１７】本発明の加熱定着ロール１０は、粗面化さ
れた円筒体芯金１の表面にフッ素樹脂を主成分とするプ
ライマー層２と、フッ素樹脂を主成分とする離型層３
と、を順次有しており、しかも、該離型層３は、均一に
分散された導電性カーボンブラック４（２〜４重量％）
及び最大粒径１０μｍ以下の無機粉末５（０．５〜１．
５重量％）を有し、そして、該離型層３の表面は、１０
点平均粗さＲｚで１〜４μｍに平滑にされている。前記
無機粉末５は、好ましくは、マイカのような鱗片状をし
たものである。前記離型層３の表面は、例えば、金属コ
ロの押しあてにより平滑にされる。

【００１８】本発明においては、円筒体芯金１は、アル
ミニウム合金、鉄系金属等の金属で構成され、好ましく
は、該円筒体芯金１の表面に切削、研削加工を施して、
円筒体芯金１の両端部の外径を中央部より大きくしてな
る鼓形状とされる。

【００１９】円筒体芯金１の表面は、サンドブラスト、
エッチング、液体ホーニング等の手段により粗面化され
ている。プライマー層２及び離型層３に用いられるフッ
素樹脂としては、例えば、ＰＦＡ樹脂及びＰＴＦＥ樹脂
がある。

【００２０】プライマー層２は、例えば、サンドブラス
トされた芯金１の表面にフッ素樹脂を主成分とするプラ
マーをスプレー塗装にて塗布して形成する。プライマー
層２は、サンドブラストされた芯金１の表面の谷部分に
入り込んで、フッ素樹脂よりなる離型層３との接着を保
持する。

【００２１】フッ素樹脂の中でもＰＴＦＥ樹脂は、溶融
粘度が高いので、これを溶融し、冷却させて、皮膜に形
成したとしても、ＰＴＦＥ樹脂の粒子が流動して皮膜に
なりにくく、そのために、ＰＴＦＥ樹脂を用いて離型層
３を形成するにはバインダーを用いなければならない。
それ故、このようなバインダーを用いないで離型層３を
形成するには、プライマー層２が必要とされている。し
かし、ＰＦＡ樹脂であれば、熱流動性があるので、プラ
イマー層２、芯金１の形状に倣って皮膜を形成できる。

【００２２】本発明においては、離型層３は、プライマ
ー層２の表面に被覆したフッ素樹脂を焼成して皮膜とし
た後、芯金１の両端を保持し回転させながら、この皮膜
の表面に金属性のコロを押し当てて１０点平均粗さＲｚ
で１〜４μｍに平滑にすることにより形成される。離型
層３は、導電性カーボンブラック４を有している。導電
性カーボンブラック４は、離型層３の抵抗を下げること
ができると共に、離型層３の耐摩耗性を向上させること
ができる。離型層３における導電性カーボンブラック４
の含有量は、好ましくは、全重量に対して２〜４重量％
である。その含有量が２重量％未満では、離型層３の電
気抵抗が高くなり、また、その含有量が４重量％を越え
ると、離型層３を構成するフッ素樹脂皮膜の溶融粘度が
上昇し、その表面粗さが大きくなるので、金属性コロで
押し当てても、所定の平滑な表面が得られない。しか
し、本発明によれば、離型層が均一に分散された導電性
カーボンブラック２〜４重量％を有しているので、離型
層の電気抵抗が高くならない。また、離型層を構成する
フッ素樹脂皮膜の溶融粘度が上昇しないので、形成され
る表面粗さが大きくならず、そのために、離型層の表面
に金属性コロで押し当てても、所定の平滑な表面が得ら
れる。

【００２３】無機粉末５は、離型層３の表面部分に析出
しやすく、特に、鱗片状をしたものは、離型層３の表面
部分に配向して析出しやすいが、本発明においては、離
型層３が最大粒径１０μｍ以下の無機粉末５を全重量に
対して０．５〜１．５重量％の割合で含有しているの
で、無機粉末にトナーが付着しにくくなり、しかも、耐
摩耗性が向上すると共に定着時の熱伝導が向上する。

【００２４】離型層３が鱗片状の無機粉末５を有してい
ることは、前述のとおりであるが、鱗片状の無機粉末５
は、フッ素樹脂を溶融させて離型層３を形成する際に、
その表層面に倣って配向するので、離型層３の耐摩耗性
をより向上させることができる。

【００２５】フッ素樹脂で構成される離型層３の「表面
粗さ」と転写紙上のトナーを密着させる「定着性」とに
は、「表面粗さ」が粗くなると「定着性」が得られなく
なるという関係があるので、「表面粗さ」は、１０点平
均粗さＲｚで１μｍ未満が望ましいとされていたが、定
着ロール表面、即ち、離型層３の表面に接触する分離爪
やサーミスタは、離型層３の表面が平滑であればあるほ
ど均一な接触をするので、反って、離型層３の表面に摩
耗やキズが付きやすい。また、分離爪やサミスタは、離
型層３の表面への接触面積が小さいので、離型層３の表
面粗さが粗くなればなるほど、離型層３の表面への接触
が減り、摩耗がしにくくなる。これらの関係を実験を積
み重ねて解析した結果、剥離層３の表面の１０点平均粗
さＲｚを１〜４μｍとすれば、分離爪、サーミスタ等に
よる摩耗やキズつきを防止することができることがわか
った。

【００２６】

【実施例】（実施例１）アルミニウムパイプの両端部の
外径を中央部より大きくして鼓形状とした円筒体芯金の
表面をサンドブラストにより粗らした。この円筒体芯金
の表面にフッ素樹脂（ＭＰ９０２ＢＮ、三井・デュポン
社製）を１μｍの厚みにスプレー塗装にて塗布して、プ
ライマー層を形成した。このプライマー層上に、導電性
カーボンブラック（ケッチェンブラック、ライオンアク
ド社製）３重量％及びマイカ（日本マイカ社製）０．５
重量％を添加したフッ素樹脂（ＰＦＡ）（ＭＰ１０２、
三井・デュポン社製）を、塗布し、焼成して、厚さ１５
μｍの離型層を形成した。そして、芯金の両端を保持
し、回転させながら、離型層の表面に金属コロ（ＳＵＳ
３０４、直径４０ｍｍ）を押し圧０．３Ｍｐａにて押し
当てて離型層の表面をＲｚ１．５μｍに仕上げし、加熱
定着ロールとした。このようにして得られた加熱定着ロ
ールの膜厚、表面粗さ、皮膜電気特性及び鉛筆硬度を測
定し、そして、この加熱定着ロールを複写機（Spirio32
00、リコー社製）に搭載して、連続コピー時での定着
性、間欠コピーでのトナー固着、オフセット画像の発生
有無、耐久枚数を測定した。測定結果は、次の表１に示
される。

【００２７】（実施例２）実施例１と同様に円筒体芯金
の表面にプライマー層を形成した。このプライマー層上
に、導電性カーボンブラック（ケッチェンブラック、ラ
イオンアクド社製）３重量％及びマイカ（日本マイカ社
製）１．０重量％を添加したフッ素樹脂（ＰＦＡ）（Ｍ
Ｐ１０２、三井・デュポン社製）を、塗布し、焼成し
て、厚さ１６μｍの離型層を形成した。そして、芯金の
両端を保持し、回転させながら、離型層の表面に金属コ
ロ（ＳＵＳ３０４、直径４０ｍｍ）を押し圧０．３Ｍｐ
ａにて押し当てて離型層の表面をＲｚ２．６μｍに仕上
げし、加熱定着ロールとした。このようにして得られた
加熱定着ロールの膜厚、表面粗さ、皮膜電気特性及び鉛
筆硬度を測定し、そして、この加熱定着ロールを複写機
（Spirio3200、リコー社製）に搭載して、連続コピー時
での定着性、間欠コピーでのトナー固着、オフセット画
像の発生有無、耐久枚数を測定した。測定結果は、次の
表１に示される。

【００２８】（実施例３）実施例１と同様に円筒体芯金
の表面にプライマー層を形成した。このプライマー層上
に、導電性カーボンブラック（ケッチェンブラック、ラ
イオンアクド社製）３重量％及びマイカ（日本マイカ社
製）１．５重量％を添加したフッ素樹脂（ＰＦＡ）（Ｍ
Ｐ１０２、三井・デュポン社製）を、塗布し、焼成し
て、厚さ１８μｍの離型層を形成した。そして、芯金の
両端を保持し、回転させながら、離型層の表面に金属コ
ロ（ＳＵＳ３０４、直径４０ｍｍ）を押し圧０．３Ｍｐ
ａにて押し当てて離型層の表面をＲｚ３．４μｍに仕上
げし、加熱定着ロールとした。このようにして得られた
加熱定着ロールの膜厚、表面粗さ、皮膜電気特性及び鉛
筆硬度を測定し、そして、この加熱定着ロールを複写機
（Spirio3200、リコー社製）に搭載して、連続コピー時
での定着性、間欠コピーでのトナー固着、オフセット画
像の発生有無、耐久枚数を測定した。測定結果は、次の
表１に示される。

【００２９】（比較例１）実施例１と同様に円筒体芯金
の表面にプライマー層を形成した。このプライマー層上
に、導電性カーボンブラック（ケッチェンブラック、ラ
イオンアクド社製）５重量％を添加したフッ素樹脂（Ｐ
ＦＡ）（ＭＰ１０２、三井・デュポン社製）を、塗布
し、焼成して、厚さ１７μｍの離型層を形成した。そし
て、芯金の両端を保持し、回転させながら、離型層の表
面をサンドブラストで研磨し、その表面粗さをＲｚ３．
４μｍにして、加熱定着ロールとした。このようにして
得られた加熱定着ロールの膜厚、表面粗さ、皮膜電気特
性及び鉛筆硬度を測定し、そして、この加熱定着ロール
を複写機（Spirio3200、リコー社製）に搭載して、連続
コピー時での定着性、間欠コピーでのトナー固着、オフ
セット画像の発生有無、耐久枚数を測定した。測定結果
は、次の表１に示される。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１からわかるように、実施例１〜３で
は、各特性共に実施例１〜３の方が良好であり、また、
実施例１〜３では、複写機での間欠コピー時のトナーの
固着がない。

【００３２】以上、本発明の利点を挙げると次のとおり
となる。 (イ) 離型層が均一に分散された導電性カーボンブラック
２〜４重量％を有しているので、離型層の電気抵抗が高
くならない。また、離型層を構成するフッ素樹脂皮膜の
溶融粘度が上昇しないので、形成される表面粗さが大き
くならず、そのために、離型層の表面に金属性コロで押
し当てても、所定の平滑な表面が得られる。

【００３３】(ロ) 離型層が最大粒径１０μｍ以下の無機
粉末０．５〜１．５重量％を有しているので、無機粉末
にトナーが付着しにくくなり、しかも、耐摩耗性が向上
すると共に定着時の熱伝導が向上する。

【００３４】(ハ) 離型層の表面が１０点平均粗さＲｚで
１〜４μｍに平滑にされているので、分離爪、サーミス
タ等による摩耗やキズつきを防止することがせきる。

【００３５】

【発明の効果】（１）請求項１に記載された発明によれ
ば、離型層が均一に分散された導電性カーボンブラック
２〜４重量％及び最大粒径１０μｍ以下の無機粉末０．
５〜１．５重量％を有し、そして、該離型層の表面が１
０点平均粗さＲｚで１〜４μｍに平滑にされているの
で、(a) 離型層の電気抵抗が高くならず、また、フッ素
樹脂で構成される離型層の表面に金属性コロで押し当て
ても、所定の平滑な表面が得られること、(b) 無機粉末
にトナーが付着しにくくなり、しかも、耐摩耗性が向上
すると共に定着時の熱伝導が向上すること、(c) 分離
爪、サーミスタ等による摩耗やキズつきを防止すること
がせきること、及び、(d) 離型層の離型性が向上するこ
と、といった顕著な効果を奏する。

【００３６】（２）請求項２に記載された発明によれ
ば、無機粉末が鱗片状であるので、フッ素樹脂を溶融さ
せて離型層を形成する際にその表層面に倣って配向し、
そのために、離型層の耐摩耗性をより向上させることが
できる。

【００３７】（３）離型層の表面が金属コロの押しあて
により平滑にされているので、所定の平滑な表面を得や
すい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す加熱定着ロールの
要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１円筒体芯金２プライマー層３離型層４導電性カーボンブラック５無機粉末１０加熱定着ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒体芯金の表面にフッ素樹脂を主成分
とするプライマー層と、フッ素樹脂を主成分とする離型
層と、を順次有する加熱定着ロールであって、該離型層
が均一に分散された導電性カーボンブラック２〜４重量
％及び最大粒径１０μｍ以下の無機粉末０．５〜１．５
重量％を有し、そして、該離型層の表面が１０点平均粗
さＲｚで１〜４μｍに平滑にされていることを特徴とす
る加熱定着ロール。
【請求項２】前記無機粉末が鱗片状であることを特徴
とする請求項１に記載の加熱定着ローラー。
【請求項３】前記離型層の表面が金属コロの押しあて
により平滑にされていることを特徴とする請求項１又は
２記載の加熱定着ロール。