JP2004309908A - 定着用ローラ、この定着用ローラを備えた定着装置、及び、定着用ローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】定着用ローラの成形時や使用時に、表層に皺が発生することを効果的に防止することのできる定着用ローラ、この定着ローラを備えた定着装置、及び、定着用ローラの製造方法を提供することである。
【構成】この発明に係わる定着用ローラは、芯金１８と、この芯金１８の外周にこれを取り巻くように配設されたゴム層２４と、このゴム層２４の外周にこれの全面に渡り被覆された表層２６とを具備し、ゴム層２４は、厚さ方向に関して架橋密度が変化している、または、厚さ方向に関して硬度が変化していることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、芯金の外周をゴム層で覆い、更に、このゴム層の外周を表層で覆った構成の定着用ローラ、この定着用ローラを備えた定着装置、及び、定着用ローラの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセス機構により被記録材（転写材・感光紙・静電記録紙・印刷紙等）に転写方式（間接方式）或いは直接方式で目的の画像情報に対応させて形成担持させた未定着トナー像を、被記録材面に加熱・加圧定着させるための定着装置としては、定着ローラ及び加圧ローラを備えた所謂２ローラ方式の装置構成が広く用いられている。
【０００３】
図３に、従来の２ローラ方式の定着装置の概略構成を示す。参照符号８０は、加熱用回転体としての定着ローラを示している。この定着ローラ８０のアルミニウム製の中空芯金８２の内部には、加熱手段としてのハロゲンランプ８１が配設されている。このハロゲンランプ８１に対して、不図示の電源から通電して発熱させて、定着ローラ８０を、中空芯金８２の内部から、被加熱材としての被記録材Ｐ（以下、転写材と記す）上のトナー画像のトナーを融解させるのに十分な温度に加熱するように構成されている。
【０００４】
また、転写材Ｐ上のトナーをオフセットすることなく、転写材上に定着するために、該定着ローラ８０の中空芯金８２の外側には離型性に優れた性能を示すポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシテトラフルオロエチレン共重合体（ＰＦＡ）などの離型層８３が表層として形成されている。
【０００５】
このような２ローラ式の定着装置においては、回転させた定着ローラ８０と加圧ローラ９０のニップ部Ｎに、未定着トナー像を担持させた転写材Ｐを画像面を定着ローラ８０側にして導入して挟持搬送させることで、定着ローラ８０の熱及びニップ部Ｎで作用される圧力により、トナー像が転写材Ｐ面に永久画像として加熱・加圧定着されることになる。
【０００６】
ここで、定着ローラ８０の中空芯金８２は、熱容量をできるだけ小さく抑え、かつより高い熱伝導性を有しながらも機械的強度を満足させるために、２０〜３０ｍｍの外径で、肉厚１．５〜３ｍｍを必要としていた。更に、最外層を成す離型性層８３は熱伝導性が小さいため厚く形成することができず、通常３０〜５０μｍの厚みで形成されていた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例のような２ローラ方式の定着装置の場合、定着ローラ８０の成形時や使用時において、表層としての離型層８３に皺が発生することがある。このように表層としての離型層８３に皺が発生すると、転写材Ｐ上のトナー像の定着性にムラが生じて定着性が悪化する問題が指摘されていて、解決が要望されている。
【０００８】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、この発明の目的は、定着用ローラの成形時や使用時に、表層に皺が発生することを効果的に防止することのできる定着用ローラ、この定着ローラを備えた定着装置、及び、定着用ローラの製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決し、目的を達成するため、この発明に係わる定着用ローラは、請求項１の記載によれば、芯金と、この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたゴム層と、このゴム層の外周にこれの全面に渡り被覆された表層とを具備し、前記ゴム層は、厚さ方向に関して架橋密度が変化していることを特徴としている。
【００１０】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項２の記載によれば、前記ゴム層の架橋密度は、前記表層側が前記芯金側よりも高く設定されていることを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項３の記載によれば、芯金と、この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたゴム層と、このゴム層の外周の全面に渡り被覆された表層とを具備し、前記ゴム層は、厚さ方向に関して硬度が変化していることを特徴としている。
【００１２】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項４の記載によれば、前記ゴム層の硬度は、前記表層側が前記芯金側よりも高く設定されていることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項５の記載によれば、前記ゴム層は、シリコーンゴムから形成されていることを特徴としている。
【００１４】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項６の記載によれば、前記ゴム層は、厚さ０．５〜６．０ｍｍの肉厚を有することを特徴としている。
【００１５】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項７の記載によれば、前記表層は、離型性を有する材料から形成されていることを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項８の記載によれば、前記離型性を有する材料として、フッ素樹脂が用いられていることを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項９の記載によれば、前記表層は、塗布層であることを特徴としている。
【００１８】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１０の記載によれば、請求項１乃至９の何れか１項に記載の定着用ローラを、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる画像定着装置の定着ローラとして備えることを特徴としている。
【００１９】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１１の記載によれば、前記定着ローラの内部には、発熱源が配設されていることを特徴としている。
【００２０】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項１２の記載によれば、請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着用ローラを、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる画像定着装置の加圧ローラとして備えることを特徴としている。
【００２１】
また、この発明に係わる定着用ローラの製造方法は、請求項１３の記載によれば、芯金の外周にゴム層を形成させる第１の工程と、前記ゴム層を、これの外周面側の架橋密度を部分的に高めた状態で架橋させる第２の工程と、架橋後の前記ゴムローラの外周面にプライマ−を介して表層を形成させる第３の工程とを具備することを特徴としている。
【００２２】
また、この発明に係わる定着用ローラの製造方法は、請求項１４の記載によれば、前記第２の工程は、前記ゴム層の外周面に架橋剤を塗布する第１のサブ工程と、前記ゴム層の外周面に架橋剤が塗布された前記ゴムローラを加熱する第２のサブ工程とを備えることを特徴としている。
【００２３】
また、この発明に係わる定着用ローラの製造方法は、請求項１５の記載によれば、前記第１のサブ工程は、前記架橋剤をスプレーにより塗布することを特徴としている。
【００２４】
また、この発明に係わる定着用ローラの製造方法は、請求項１６の記載によれば、前記第３の工程において、前記表層を、離型性を有する材料から形成することを特徴としている。
【００２５】
また、この発明に係わる定着用ローラの製造方法は、請求項１７の記載によれば、前記第３の工程において、前記離型性を有する材料を塗布することにより前記表層を形成することを特徴としている。
【００２６】
また、この発明に係わる定着用ローラの製造方法は、請求項１８の記載によれば、前記塗布作業を、静電塗装によることを特徴としている。
【００２７】
【好適する実施例の説明】
以下に、この発明に係わる定着用ローラを、２ローラ方式の定着装置の定着ローラに適用した場合の実施例につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
（第１の実施例の説明）
先ず、図１を参照して、この発明に係わる一実施例の定着装置１０の概略構成を説明する。参照符号１２は、この発明に係わる一実施例の定着用ローラが適用されるところの、加熱用回転体としての定着ローラを示しており、参照符号１４は、この定着ローラ１２に所定の圧力で転接する加圧部材としての加圧ローラを示している。尚、この定着ローラ１２の外周面には、この表面温度を測定するためのサーミスタ１６が接触配置されている。
【００２９】
この定着ローラ１２は、鉄等の金属製芯金１８の駆動軸の長手方向端部にある不図示の駆動ギアを介して、不図示の駆動系により、矢印で示す方向に回転駆動される。一方、加圧ローラ１４は、鉄製の芯金２０の長手方向両端部にある不図示の軸受を介して、不図示の加圧バネにより、定着ローラ１２側へ圧接された状態で、定着ローラ１２の回転に従動して矢印で示す方向に回転する。参照符号Ｎは、この両ローラ１２、１４が互いに転接する圧接ニップ部を示している。
【００３０】
また、この定着ローラ１２の内部には、詳細は図示していないがハロゲンランプから構成されるヒータ２２が配設されている。
【００３１】
一方、この一実施例の定着ローラ１２は、図２に取り出して示すように、芯金１８と、この芯金１８の外周に、これを取り巻くように配設されたゴム層２４と、このゴム層２４の外周に、プライマ−２６を介してこれを覆うように配設された表層２８とを備えて構成されている。
【００３２】
ここで、上述したゴム層２４は、シリコーンゴムから形成されており、具体的には、基材ゴムとしてＫＥ−１３８８（信越ポリマー社製）を用いており、このＫＥ−１３８８のＡ液及びＢ液を混ぜ合わせる事により、架橋可能な状態になるように設定されている。また、ゴム層２４を厚さ方向に沿って部分的に架橋させるための架橋剤としては、メチルハイドロジェンポリシロキサン（型番ＳＨ１１０７：東レ製）をいる。
【００３３】
このゴム層２４は、この発明の特徴を成す点であるが、厚さ方向に関して架橋密度が変化するように設定されている。より詳細には、ゴム層２４の架橋密度は、上述した表層２８側が、芯金１８側よりも高くなるように設定されている。また、換言すれば、このゴム層２４は、厚さ方向に関して硬度が変化するように設定されている。より詳細には、ゴム層２４の硬度は、上述した表層２８側が、芯金１８側よりも高く設定されている。また、このゴム層２４の厚さ（肉厚）は、この実施例においては、０．５ｍｍとなるように設定されている。尚、この肉厚の最適範囲は、後に詳細に説明する。
【００３４】
一方、上述した表層２８は、離型性を有する材料から形成されており、具体的にはフッ素樹脂製材料が採用されている。より詳細には、この実施例においては、フッ素樹脂製材料は、ＭＰ−１０２（三井デュポン社製）のＰＦＡが用いられている。
【００３５】
以上のように構成される定着ローラ１２の製造方法について、以下に詳細に説明する。
【００３６】
先ず、上述した基材ゴムのＡ液及びＢ液を混ぜ合わせ、厚さ０．５ｍｍとなるように芯金１８の外周面に被覆し、別途恒温槽にて１５０℃で３０分間加熱して、架橋させ、ゴム層２４を形成する（即ち、ゴムローラを形成する）。この段階で、ゴム層２４は所定のゴム弾性を発揮するように架橋されているが、全てが架橋されている状態とはなっていないものである。
【００３７】
このゴム層２４の外周面に、上述した架橋剤を更に、塗着量が０．０００７ｇ／平方ｃｍとなるように、スプレーにて塗布する。この後、７０℃に設定した恒温槽中にゴムローラを１５分間放置し、予熱を加える。
【００３８】
このように予熱工程を経た後、恒温槽を１５０℃に設定し。この中に予熱済のゴムローラを３０分間放置して、架橋させる。この架橋工程後、ゴムローラの外周面にプライマ−をスプレーにより塗布し、乾燥させる。
【００３９】
この後、プライマ−を塗布したゴムローラの外周面にＰＦＡを、静電塗装機により厚さが３０μｍとなるように塗布する。そして、ＰＦＡを塗布したゴムローラを、実体温度で３１５℃にて１５分間の焼成を行う。このようにして、定着ローラ１２を形成する。
【００４０】
このような製造方法により定着ローラ１２を形成することにより、ゴム層２４においては、表層２８側部分２４ａが芯金１８側部分２４ｂと比較して高い架橋密度で架橋されることとなる。換言すれば、ゴム層２４の表層２８側部分２４ａの硬度が、芯金１８側部分２４ｂと比較して高く設定されることになる。
【００４１】
このように厚さ方向に関して架橋密度（又は硬度）が変化した状態で形成されたゴム層２４を有する定着ローラ１２が、皺の発生の観点で、効果のあることを検証した検証試験を、以下に説明する。
【００４２】
尚、この検証試験においては、上述した一実施例の製造方法で製造した定着用ローラを第１の実施例とし、一方で、ゴム層２４の外周面に架橋剤を更に塗布しない状態で製造した定着用ローラを第１の比較例とした。この第１の比較例としての定着用ローラは、ゴム層２４の外周面に更に架橋剤を塗布しない以外は、第１の実施例の定着用ローラ１２と全く同様の材料及び製造方法により製造した。
【００４３】
先ず、第１の実施例の定着用ローラを定着ローラ１２としてシミュレータに組み込み、４８時間の空回転試験を行い、表層２８に皺が発生するかを確認した。尚、シミュレータとしては、キャノン社製のＬＢＰ−２０４０の定着部を取り出した状態で用いた。また、シミュレータに用いる加圧ローラ１４としては、芯金２０にＰＦＡを塗布し、焼成させた外径３６ｍｍのハードローラを別途製造して用いた。
【００４４】
尚、試験条件は以下のとおりである。
定着ローラ１２の回転数：９６ｒｐｍ
試験温度：定着ローラ１２の中央部における表面温度で、１９０℃
定着ローラ１２と加圧ローラ１４とのニップ圧力：１５ｋｇｆ（片側）
【００４５】
尚、この検証試験においては、上述したように皺の発生の有無の確認と共に、ゴム層２４の肉厚の最適範囲を求めるべく、ゴム層２４の肉厚を上述した０．５ｍｍ以外に、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、４．０ｍｍ、６．０ｍｍの定着用ローラを第２乃至第６の実施例として製造した。また、第２乃至第６の実施例の定着用ローラに対応させた状態で、架橋剤をゴム層２４の外周面に更に塗布しない定着用ローラを第２乃至第６の比較例として製造した。
【００４６】
そして、第２乃至第６の実施例の定着ローラ１２並びに第１乃至第６の比較例の定着ローラも、第１の実施例と同様にしてシミュレータに組み込み、皺の発生の有無を検証したが、肉厚２．０ｍｍ以下の第１乃至第４の実施例及び第１乃至第４の比較例の定着用ローラにおいては、内部にヒータを配設した定着ローラとして用い、肉厚４．０ｍｍ以上の第５及び第６の実施例並びに第５及び第６の比較例の定着用ローラにおいては、内部にヒータを配設せずに、加圧ローラとして用いて、夫々試験した。
【００４７】
その結果を、以下の表１に示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
尚、この表１において、「成形時」とは、上述した製造方法において製造した時点において、換言すれば、表層２８の焼成時における、この表層２８への皺の発生状態を示しており、「使用時」とは、上述したシミュレータに組み込んで検証試験をした時点における、この表層２８への皺の発生状態を示している。
【００５０】
この表１に示す結果から、「成形時」においては、第６の比較例における結果、即ち、肉厚６．０ｍｍのゴム層２４に架橋剤を塗布しなかった場合にのみ、表層２８に皺の発生が見られ、その他のケースにおいては、表層２８への皺の発生が見られなかったことが判明した。従って、この結果から、少なくともゴム層２４の肉厚が６．０ｍｍの場合には、ゴム層２４の表面に架橋剤を塗布しなければ、成形した時点において表層２８に皺が発生してしまい、シミュレータ試験をするまでもなく、製品として用いることが出来ないことが判明した。
【００５１】
一方、「使用時」においては、ゴム層２４の肉厚が０．５ｍｍの場合を除いて、ゴム層２４の表面に架橋剤を塗布していない場合には、表層２８に皺の発生が見られ、架橋剤を塗布した場合には、皺の発生が見られない結果を踏まえると、ゴム層２４の表面に架橋剤を塗布してゴム層２４の厚さ方向に関して架橋密度を変化させること、即ち、厚さ方向に関して硬度を変化させることにより、表層２８における皺の発生を効果的に抑制することができることが判明した。
【００５２】
この発明は、上述した実施例の構成および手順に限定されることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは、言うまでもない。
【００５３】
例えば、上述した実施例において、ゴム層２４の表面の架橋密度を上げる手段として、架橋剤を塗布するように説明したが、この発明はこのような塗布に限定されることなく、例えば、紫外線照射、電子線照射、プラズマ放電等の架橋方法が適用可能であり、要は、ゴム層２４の表面の架橋密度を部分的に上げることのできるものであれば、何でもよい。
【００５４】
また、上述した実施例においては、架橋剤を塗布する態様として、スプレーにより塗布するように説明したが、この発明は、このようなスプレーにより塗布することに限定されることなく、例えば、ディップ塗装、ドクター塗装、ロールコーター、はけ塗り、ガーゼ塗り等が適用可能であり、要は、架橋剤をゴム層２４の表面に塗布できるものであれば、何でもよい。
【００５５】
また、上述した実施例においては、表層２８を、離型性を有する材料から形成するに際して、離型性を有する材料を静電塗装により塗布するように説明したが、この発明は、このような手段に限定されることなく、スプレー塗装、ディップ塗装、ドクター塗装等が適用可能であり、要は、表層剤を塗布することのできるものであれは、何でもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、定着用ローラの成形時や使用時に、表層に皺が発生することを効果的に防止することのできる定着用ローラ、この定着用ローラを備えた定着装置、及び、定着用ローラの製造方法が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる定着用ローラを備えた定着装置の一実施例の構成を概略的に示す図である。
【図２】この発明に係わる定着用ローラを定着ローラに適用した場合の一実施例の構成を示す横断面図である。
【図３】従来の２ローラ式の定着装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 定着装置
１２ 定着ローラ
１４ 加圧ローラ
１６ サーミスタ
１８ 芯金（定着ローラ１２の）
２０ 芯金（加圧ローラ１４の）
２２ ヒータ
２４ ゴム層
２４ａ 表層側部分
２４ｂ 芯金側部分
２６ プライマ−層
２８ 表層
Ｎ ニップ部
Ｐ 転写材（被加熱材）

Claims (18)

1. 芯金と、
   この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたゴム層と、
   このゴム層の外周にこれの全面に渡り被覆された表層と、
   を具備し、
   前記ゴム層は、厚さ方向に関して架橋密度が変化していることを特徴とする定着用ローラ。
2. 前記ゴム層の架橋密度は、前記表層側が前記芯金側よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
3. 芯金と、
   この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたゴム層と、
   このゴム層の外周の全面に渡り被覆された表層と、
   を具備し、
   前記ゴム層は、厚さ方向に関して硬度が変化していることを特徴とする定着用ローラ。
4. 前記ゴム層の硬度は、前記表層側が前記芯金側よりも高く設定されていることを特徴とする請求項３に記載の定着用ローラ。
5. 前記ゴム層は、シリコーンゴムから形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の定着用ローラ。
6. 前記ゴム層は、厚さ０．５〜６．０ｍｍの肉厚を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の定着用ローラ。
7. 前記表層は、離型性を有する材料から形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の定着用ローラ。
8. 前記離型性を有する材料として、フッ素樹脂が用いられていることを特徴とする請求項７に記載の定着用ローラ。
9. 前記表層は、塗布層であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着用ローラ。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の定着用ローラを、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる画像定着装置の定着ローラとして備えることを特徴とする定着装置。
11. 前記定着ローラの内部には、発熱源が配設されていることを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
12. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着用ローラを、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる画像定着装置の加圧ローラとして備えることを特徴とする定着装置。
13. 芯金の外周にゴム層を形成させる第１の工程と、
    前記ゴム層を、これの外周面側の架橋密度を部分的に高めた状態で架橋させる第２の工程と、
    架橋後の前記ゴムローラの外周面にプライマ−を介して表層を形成させる第３の工程と、
    を具備することを特徴とする定着用ローラの製造方法。
14. 前記第２の工程は、
    前記ゴム層の外周面に架橋剤を塗布する第１のサブ工程と、
    前記ゴム層の外周面に架橋剤が塗布された前記ゴムローラを加熱する第２のサブ工程とを備えることを特徴とする請求項１３に記載の定着用ローラの製造方法。
15. 前記第１のサブ工程は、前記架橋剤をスプレーにより塗布することを特徴とする請求項１４に記載の定着用ローラの製造方法。
16. 前記第３の工程において、前記表層を、離型性を有する材料から形成することを特徴とする請求項１３に記載の定着用ローラの製造方法。
17. 前記第３の工程において、前記離型性を有する材料を塗布することにより前記表層を形成することを特徴とする請求項１３に記載の定着用ローラの製造方法。
18. 前記塗布作業を、静電塗装によることを特徴とする請求項１７に記載の定着用ローラの製造方法。

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