JP2006084651A - 定着用回転体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定着後のシートが定着用回転体に巻き付くと云う現象や、オフセット現象が発生せず、未定着トナーとの離型性が優れ、特に使用開始直後から、シートの巻き付きやオフセット現象等の発生が防止された定着用回転体の製造方法を提供する。
【解決手段】最外層にフッ素樹脂層を有する定着用回転体の表面に所定のパターンを転写する定着用回転体の製造方法であって、パターン転写前の該定着用回転体の表面に、転写用パターンを有する被転写面を加圧・接触させながら加熱する定着用回転体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等において、シート上の未定着トナーを溶融圧着し、該シートに定着させるために使用される定着装置内で用いられる定着用回転体の製造方法に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等における定着装置内で用いられる定着用回転体は、定着後のシートが定着用回転体に巻き付くと云う現象や、オフセット現象が発生しないよう、シートの剥離性と未定着トナーの離型性との両者が優れていることが求められている。

ここで、高画質化やより鮮明なフルカラー画像の定着のために、定着用回転体は基体上に弾性層を介してフッ素樹脂からなる離型層を設ける構成とし、その表面にオフセット防止液を塗布することでオフセット現象とシートの巻き付きとを防止していた。

しかし、最近、トナー中の成分を調整することにより、上記オフセット防止液を不要とすることは可能となったが、シートと定着用回転体との剥離性が不充分なため、分離爪を定着用回転体表面と接触させることで、シートを強制的に剥離していたため、フッ素樹脂層表面に傷が生じ、その結果、画質の低下が避けられなかった。

ここで、分離爪を用いずに確実にシートを剥離させる方法として、特開２００４−１０９２４１号公報（特許文献１）記載の技術では、近年の画像形成装置の高速化に伴って定着ロールの周速度を増加させると、広い定着ニップ域が必要となるが、このような広い幅のニップ域の確保のために定着ロールの外径を４０ｍｍから６０ｍｍと太径化させるとともに、定着ロールの弾性層の厚さを加圧ロールの弾性層の厚さよりも厚くすることにより、ニップ域出口での定着後のシートの排出方向を加圧ロール側に向かせて、定着ロールへのシートの巻き付きを防止していた。ところが最近、省エネルギー対応、立ち上げ時間の短縮、さらには定着装置の小型化などが強く求められるようになり、上記従来技術では対応できなくなっていた。
特開２００４−１０９２４１号公報

本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、省エネルギー対応、立ち上げ時間の短縮、さらには定着装置の小型化などが可能であり、定着用回転体表面に傷を発生させる分離爪を不要としながら、かつ、定着後のシートが定着用回転体に巻き付くと云う現象や、オフセット現象が発生せず、未定着トナーとの離型性が優れ、特に、使用開始直後から、シートの巻き付きが防止された定着用回転体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記従来技術の問題、すなわち、省エネルギー対応、立ち上げ時間の短縮、さらには定着装置の小型化などが可能であり、かつ、定着後のシートが定着用回転体に巻き付くと云う現象や、オフセット現象が発生せず、未定着トナーとの離型性が優れたロールを得るために詳細に検討を行った。

まず、省エネルギーへの対応及び立ち上げ時間の短縮のために定着ロールの弾性層を薄肉化し、また、定着装置の小型化のために定着ロール及び加圧ロールの両者の外径を小さくし、これら要求に対応しようとした。

しかし、定着ロールの弾性層の厚さを薄くし、定着・加圧ロールの外径を小さくすると、定着ロールと加圧ロールとの間でのニップ域の幅が不足してしまう。このため、加圧ロールの弾性層の厚さを増してニップ幅を確保したが、このためにニップ域出口での定着後のシートの排出方向が定着ロール側に向くこととなり、定着後のシートが定着ロールに巻き付き易くなると云う問題が発生してしまった。この定着ロールにシートが巻きつくという現象は、使用開始直後の定着ロールにおいて特に発生し易かった。

そのため、検討を進め、その結果、定着装置に用いられる、定着ロールや定着ベルト（定着用エンドレスベルト。フィルムのものを含む）等の定着用回転体において、フッ素樹脂を被覆してなる表面は非常に平滑であるためトナーとの密着性が良く、また、定着後のシートの排出方向が定着ロール側に向いているので、特に使用開始間もない時期では、シートの巻き付きやオフセット現象等の障害を引き起こし易い。しかし、使用し、通紙をしていくことによって、この現象は軽減されてくる。これは、使用の結果、回転体の平滑な表面に細かな傷が入り、トナーとの密着性が低下するためと考えられた。

そこで、本発明者等は、ある程度使用された定着用回転体の表面の状態、ないし、それに類似する状態を、新しい定着用回転体のフッ素樹脂からなる表面に付与することにより、使用開始直後から、シートの巻き付きやオフセット現象等の発生を防止することができ、その結果、省エネルギー対応、立ち上げ時間の短縮、さらには定着装置の小型化などが可能であり、かつ、定着後のシートが定着用回転体に巻き付くと云う現象や、オフセット現象が発生せず、未定着トナーとの離型性が優れ、特に、使用開始直後からのシートの巻き付きが防止された定着用回転体を得ることができると考えた。

しかし、定着用回転体の表面にフッ素樹脂塗料によって形成されたコート面のうねりや異物の除去のために行う研磨加工では、上記のような、ある程度使用された定着用回転体の表面状態、ないし、それに類似する状態を再現することは非常に困難であり、そのため、基礎検討を重ねた結果、本発明に至った。

すなわち、本発明の定着用回転体の製造方法は上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、最外層にフッ素樹脂層を有する定着用回転体の表面に所定のパターンを転写する定着用回転体の製造方法であって、パターン転写前の該定着用回転体の表面に、転写用パターンを有する被転写面を加圧・接触させながら加熱する定着用回転体の製造方法である。

本発明の定着用回転体の製造方法によれば、従来の定着用回転体と同様の製造方法で得た、平滑なフッ素樹脂からなる表面を有する定着用回転体の表面に所望のパターンを容易に付与することができ、そのとき、定着用回転体表面に傷を発生させてしまう分離爪を不要としながら、使用開始直後から、シートの巻き付きやオフセット現象等の障害を引き起こしにくい定着用回転体とすることが可能となり、延いては、定着装置及びそれを含む装置全体の小型化、及び、低使用電力化を達成することができる。

本発明において、定着用回転体としては、定着装置内で用いられる回転体であって、シート（紙、フィルム等）上の未定着トナー像を定着させる、定着ロールあるいは定着ベルト（定着用エンドレスベルト。フィルム状のものを含む）などの回転体に特に好適に応用できる。

本発明で対象とする定着用回転体の表面を構成するフッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体）、ＦＥＰ（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）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等が挙げられ、特にＰＦＡが離型性、耐熱性、転写加工性等が優れているので好ましい。

本発明において、定着用回転体の表面に形成するパターンとしては、形状は問わないが、凹凸形状とする場合、上面が平らな微細な凸部、あるいは、上部がなだらかな曲線からなる凸部、例えば上面がなだらかとなった円柱形状、あるいは、半球形状等、を多数形成することが好ましい。すなわち、凸部の上部が平面、あるいは、なだらかでないと、使用の際に容易に摩耗してしまうおそれがあり、本発明の効果が持続しないおそれがある。またこのような凸部が多数形成されていいないと、凸部形成の効果が得られないおそれがある。

また、逆に、定着用回転体の表面に対してへこんでいる、凹部を多数形成すると、そこにトナーが付着し留まりやすくなり、その結果、本発明の効果、すなわち、使用開始初期のオフセット現象防止や巻き付き防止効果が得られにくくなるおそれがある。また、凸部の形成数が少なくても本発明の効果が得られにくい。

ここで、例えば、大きさが１０μｍ以上１５０μｍ以下で高さが１μｍ以上２０μｍ以下の柱状の凸部を間隔が１０μｍ以上６０μｍ以下となるように配置すると良好な結果が得られる。さらに好ましくは、直径２０μｍ以上１００μｍ以下で高さが２μｍ以上１５μｍ以下の円柱状の凸部を間隔が２０μｍ以上４０μｍ以下となるように配置する。凸部の高さが１μｍ以下ではシートの剥離性の向上効果が得られず、一方、２０μｍを越えた場合には定着用回転体表面に転写されたパターンによる画質低下が発生する場合がある。

ここでこれら凸部の配置方法としては、不規則であっても良いが、規則正しく、例えば、格子状に、あるいは、千鳥状に配置することができる。

本発明ではこのような転写パターンを形成する際に金型を用いるが、このような金型は精密微細加工によって得てもよいが、電鋳法によって形成することで、比較的容易に、かつ、安価に得ることができる。

ここで、最外層にフッ素樹脂層を有する定着用回転体の表面に所定の形状の凹凸を付与する方法の、いくつかの例についてモデル図を用いて説明する。

＜転写用ロール（円筒状被転写面）を用いる方法（図１参照）＞
電鋳などにより表面に被転写パターンが形成された転写用ロール１（ただし、凹凸のパターンは、転写されるべき所定のパターンと凹凸が逆になっている）を加熱して、加工対象の、パターン転写前の回転体２の表面をこの転写用ロール１に加圧接触させながら互いに回転させて、回転体２のフッ素樹脂層表面に所定のパターンを転写する。

なお、図１においては、ロール状の回転体への加工方法を示したが、無端ベルト・フィルム状の回転体への加工では、例えば、このような回転体の内部へ補助ロール（通常は、これら内径よりわずかに小さい径のロールを用いる）を挿入し、回転体の表面に加熱した転写用ロールを加圧接触させながら互いに回転させて、回転体のフッ素樹脂層表面に所定のパターンを転写する。なお、このとき補助ロールを複数本併用して、無端ベルト・フィルム状の回転体にテンションを付加しながら転写を行っても良い。

また、このような１本あるいは複数本の補助ロールを用いることで、例えば下記に示す加工方法のいくつか、あるいは、その他の加工方法においても無端ベルト・フィルム状回転体への加工が可能となる。

＜転写用平面金型（平面状被転写面）を用いる方法（図２参照）＞
電鋳などにより表面に被転写パターンが形成された平面金型３（ただし、凹凸のパターンは、転写されるべき所定のパターンと凹凸が逆になっている）を加熱して、加工対象の、パターン転写前の回転体２の表面をこの平面金型３に加圧接触させながら転がして、回転体２のフッ素樹脂層表面に所定のパターンを転写する。

＜転写用割金型を用いる方法（図３参照）＞
電鋳などにより表面に被転写パターンが形成されたロール状のキャビティを有する上金型４ａ及び下金型４ｂからなる割金型（ただし、凹凸のパターンは、転写されるべき所定の形状と凹凸が逆になっている）を加熱して、加工対象の、パターン転写前の回転体２をこれら上下の金型４ａ及び４ｂによって形成されるキャビティに入れる。このとき、回転体２は加熱されて膨張するので、回転体２のフッ素樹脂層表面に所定のパターンが転写される。

＜筒状金型（電鋳スリーブ）を用いる方法（図４参照）＞
電鋳などにより内面に被転写パターンが形成された、厚さの比較的薄い筒状の金型５（電鋳法によって形成された電鋳スリーブ。ただし、凹凸のパターンは、転写されるべき所定のパターンと凹凸が逆になっている）を筒状容器６に収納させ、また、金型５の内部には加工対象の、パターン転写前の回転体２を入れ（図４（ａ）参照）、これらを加熱する。その結果、回転体２は膨張し（図４（ｂ）の矢印方向）、その結果、回転体２のフッ素樹脂層表面に所定のパターンが転写される。なお、筒状容器６の代わりに、型閉したときに円筒状のキャビティが形成される割型式の容器を用いても良い。

これらの方法において、加熱の温度が回転体の最外層を形成するフッ素樹脂の軟化により、パターンの転写が充分に可能となる温度であることが必要であり、より好ましくは回転体の最外層のフッ素樹脂の融点以上であると、フッ素樹脂の塑性変形により、所定のパターンがより正確に転写される。

以下に本発明の定着用回転体の製造方法の実施例について具体的に説明する。
図１にモデル的に示した転写用ロールを用いる方法によって最外層にフッ素樹脂を有する定着用回転体の表面に所定のパターンを付与した。

金型としては、電鋳によって得られた、シート状であって、被転写パターン面に図５（格子状配置）及び図６（千鳥状配置）にモデル的に示した凹形状部を有する２種類のものを準備した。図５に示した金型の凹部の深さは５μｍ、図６に示した金型の凹部の深さは１０μｍである。また、これら金型の凹凸付与面の電子顕微鏡写真をそれぞれ図７及び図９に示した。このシート状の金型を鉄製のパイプに巻き付け転写用ロールとして用いた。なお、用いた転写用ロール内部にはヒータが内蔵されており、２２０〜４００℃程度に加熱可能となっている。

凹凸形成前の定着用回転体としては、平滑なフッ素樹脂からなる表面を有する定着ロール（外径：３７ｍｍ、面長：２５０ｍｍ、芯金の上に信越化学工業社製Ｘ−３４−２０８６（ゴム硬度：ＪＩＳ Ａ ３５度）からなる厚さが０．５ｍｍの弾性層、及び、フッ素樹脂であるグンゼ社製ＰＦＡチューブ（厚さ：３０μｍ、長さ：２５０ｍｍ、外径：３７ｍｍ、融点：約３１０℃）からなる離型層（最外層）をこの順で有する。）を用いた。

上記平滑なフッ素樹脂からなる表面を有する定着ロールに、表面が４００℃になるように加熱した転写用ロールを線圧１０Ｎ／ｃｍで押し付けながら、定着ロールを１回転させて、定着ロールの表面に金型の被転写面形状の凹凸を転写させた。

この転写により、定着ロール表面に、それぞれ用いた金型の被転写面形状とは凹凸が逆になった、ただし、高さが２〜８μｍの多数の円柱状、上部がなだらかとなった円柱状、あるいは、半球状の多数の凸部が所定のパターンとして形成された。これら定着ロール、すなわち、格子状配置の金型を用いて凸部が転写された実施例１の定着ロール、及び、千鳥状配置の金型を用いて凸部が転写された実施例２の定着ロールの表面の電子顕微鏡写真をそれぞれ図８及び図１０に示す。

このようにして得られた実施例１及び実施例２の２種類のロール、及び、比較として、表面に凹凸の形成を行わなかったロール（比較例）をそれぞれ組み込んだ定着装置（いずれも分離爪を用いない定着装置であり、外径３８ｍｍ、弾性層厚１ｍｍである以外は比較例のロールと同様の構成を有する加圧ロールを使用）を、実際の電子複写装置の定着部として用い、画像濃度を５％（トナーが乗った部分の面積がシート全体の面積の５％）、通紙速度を１００ｍｍ／秒、定着温度を１８０℃あるいは１９０℃として、その評価を行った。

その結果、本発明に係るこれら実施例１及び２の定着ロールを用いた場合、定着温度が１８０℃では全く巻き付きが生じなかったのに対して、比較例の定着ロールでは４枚中１枚の割合で巻き付きが生じ、一方、定着温度が１９０℃では本発明に係るこれら実施例１及び２の定着ロールを用いた場合では４枚中１枚の割合で巻き付きが発生したのに対して、比較例の定着ロールでは４枚中４枚と１００％の巻き付きが発生した。

上記同様に作製した、実施例１、実施例２及び比較例のロールをキヤノン社製レーザープリンターＬＢＰ−２０４０（剥離爪を有しないプリンター）にそれぞれ定着ロールとして組み込み、定着温度１７０℃、定着速度１００ｍｍ／秒にて、画像濃度５％のチャートで１０００枚の通紙による巻き付き試験を行ったところ、実施例１及び２のロールでは巻き付き発生が１０００枚中０枚であったが、比較例のロールでは１０００枚中３枚の巻き付きが発生した。

さらに、これらプリンタで継続して、ロールに求められる耐久性の目安である１０万枚までの通紙を行ったが、すべてのロールで巻き付きは発生せず、また、オフセット現象の発生も認められなかった。

その後、これらロールについて目視検査を行ったが、いずれのロールにおいてもフッ素被覆層へのしわや剥離の発生、あるいは、ゴム層の破壊などの使用上問題となる不具合は発生しなかった。

このことより、本発明の定着用回転体によれば、オフセット現象の発生もなく、従来の定着用回転体と同様の耐久性を有しながら、従来の回転体では問題となっていた、使用開始直後でのシートの回転体への巻き付きが防止されることが判る。

なお、上記においては芯金と離型層との間に弾性層を設けた定着用回転体での例を示したが、弾性層を設けず、芯金上に離型層を直接積層した定着用回転体に対して、転写用パターンを有する被転写面を加圧・接触させながら加熱することによって得られた、本発明に係る他の定着用回転体（定着ロール）についても検討を行ったが、弾性層を有した定着ロール同様の、巻き付きやオフセットに対する高い防止効果が得られた。

本発明により使用開始直後から、シートの巻き付きやオフセット現象等の発生が防止された定着用回転体を得ることができるので、従来の使用開始直後の障害発生を防止するために行われてきた、定着ロールの弾性層の厚肉化が不要となり、装置の小型化、省電力化が可能となる。

本発明の定着用回転体の製造方法のうち、転写用ロールを用いる方法をモデル的に示した図である。 本発明の定着用回転体の製造方法のうち、転写用平面金型を用いる方法をモデル的に示した図である。 本発明の定着用回転体の製造方法のうち、転写用割金型を用いる方法をモデル的に示した図である。 本発明の定着用回転体の製造方法のうち、筒状金型を用いる方法を用いる方法をモデル的に示した図である。 本発明の実施例１で用いた金型の表面のパターンの形状を説明するための図である。 本発明の実施例２で用いた金型の表面のパターンの形状を説明するための図である。 図５に示した被転写パターンを有する金型の表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。 図５及び図７に示した金型を用いて、表面に所定のパターンが転写された定着用回転体の表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。 図６に示した被転写パターンを有する金型の表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。 図６及び図８に示した金型を用いて、表面に所定のパターンが転写された定着用回転体の表面の状態を示す電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１ 転写用ロール
２ 表面の凹凸が未形成の回転体
３ 平面金型
４ａ 上金型
４ｂ 下金型
５ 筒状の金型５
６ 筒状容器

Claims (11)

1. 最外層にフッ素樹脂層を有する定着用回転体の表面に所定のパターンを転写する定着用回転体の製造方法であって、パターン転写前の該定着用回転体の表面に、転写用パターンを有する被転写面を加圧・接触させながら加熱することを特徴とする定着用回転体の製造方法。
2. 上記加熱の温度が上記フッ素樹脂を軟化させるのに充分な温度であることを特徴とする請求項１に記載の定着用回転体の製造方法。
3. 上記被転写面が円筒状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着用回転体の製造方法。
4. 上記被転写面が平面状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着用回転体の製造方法。
5. 上記被転写面の転写パターンが電鋳法により形成されたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の定着用回転体の製造方法。
6. 上記定着用回転体がロールであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の定着用回転体の製造方法。
7. 上記定着用回転体がエンドレスベルトであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の定着用回転体の製造方法。
8. 上記定着用回転体は弾性層を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の定着用回転体の製造方法。
9. 最外層にフッ素樹脂層を有する定着用回転体であって、表面に一定のパターンを有することを特徴とする定着用回転体。
10. 上記一定のパターンが、凸部が千鳥状、あるいは、格子状に配されてなるものであることを特徴とする請求項９に記載の定着用回転体。
11. 上記定着用回転体は弾性層を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の定着用回転体。

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