JP2007233111A - 加圧ロール、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】定着ベルト84と圧接して形成するニップ部Nによりトナーの定着を行う定着装置に使用する加圧ロール81であって、円筒状の芯金811の外周面に加硫成型したエチレン−プロピレン−非共役ジエンゴムを含む弾性層812とプライマー層813を介して接着強度が1N/mm以上になるように被覆接着したフッ素樹脂チューブ814とを有する。
【選択図】図2
Description
また、このような定着装置を用いて、表面に熱可塑性の透明な樹脂層がコーティングされた特殊な記録紙にトナーを高い圧力で埋没させ、しかる後に無端ベルトを冷却させた状態で用紙を剥離することにより、無端ベルト表面の平滑性をトナー定着面に転写させ、高い光沢を持つ写真画質の定着画像を得られる定着装置も提案されている(特許文献3参照)。
しかし、透明樹脂層をコーティングした特殊な記録紙にトナーを埋没させるために、高い圧力で加圧ロールを無端ベルトに圧接すると、シリコーンゴムでは十分な機械強度が得られず、使用に際して短期間でゴムの凝集破壊が発生するという問題が有る。
即ち、本発明の目的は、高い圧力で使用する場合に、短期間でゴムの凝集破壊が起こりにくい、機械的耐久性に優れた加圧ロールを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、機械的耐久性に優れた加圧ロールを備える定着装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、機械的耐久性に優れた加圧ロールを備える定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。
本発明が適用される加圧ロールは、上述した構成を採用することにより、機械的耐久性に優れた性能を示し、高い圧力で使用する場合に好適である。
ここで、弾性層とフッ素樹脂チューブとを接着するプライマーとしては、付加反応型シリコーンゴムとメチルハイドロジェンシリコーンオイル及びシランカップリング剤を含むシリコーンゴム混合物であることが好ましく、弾性層上に塗布したプライマーの厚さが、0.5μm〜20μmであることが好ましい。
さらに、表面層を形成するフッ素樹脂チューブは、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樹脂のチューブから構成されることが好ましい。
ここで、上述した定着装置に使用する定着ベルトとしては、その表面層が、フルオロカーボンシロキサンゴムから形成されていることが好ましい。
図1は、本実施の形態が適用される画像形成装置100を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置100は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置100であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)する一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写した重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙P(記録材)に一括転写(二次転写)する二次転写部20、二次転写したトナー像を170℃程度の高温で用紙P上に一次定着する一次定着部60、一次定着したトナー像をさらに高圧の加圧ロール及び定着ベルトを用いて用紙P上に定着する二次定着装置80を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
初めに、一次定着部60は、回動部材の一例としての定着ロール61、エンドレスベルト62、エンドレスベルト62を介して定着ロール61から押圧される圧力部材の一例としての圧力パッド64により主要部が構成されている。
尚、ベルト走行ガイド63には、一次定着部60の長手方向に亘って、潤滑剤塗布部材67が配設されている。潤滑剤塗布部材67は、エンドレスベルト62内周面に対して接触するように配置され、アミン変性シリコーンオイル等の潤滑剤を適量供給する。
図2に示すように、二次定着装置80は、加圧ロール81、加熱ロール82、剥離ロール83、加熱ロール82及び剥離ロール83に張架されて回転走行する定着ベルト84とから主要部が構成されている。二次定着装置80は、一次定着部60の一次定着処理によりトナー像を担持した用紙Pを、定着ベルト84と加圧ロール81とを圧接して形成するニップ部に導入し、加圧ロール81が定着ベルト84を加熱ロール82に押し付け、高圧力下でトナー像を用紙Pに定着する方式のものである。
ハロゲンランプ86が加熱ロール82を所定の定着温度まで加熱する。加熱ロール82は定着ベルト84を矢印D方向に回転走行させるように回転駆動し、加圧ロール81は定着ベルト84を介して加熱ロール82の回転に応じて従動回転する。
一次定着部60によりトナー像が一次定着された用紙Pがガイド57により導かれ、定着ベルト84と加圧ロール81との間のニップ部に送り込まれる。次に、用紙Pがニップ部において120℃程度で、単位面積当たり15kgf/cm2〜20kgf/cm2(147N/cm2〜196N/cm2)の高圧力で加圧されて、トナー像が用紙P内に埋め込まれる。
加圧ロール81は、円筒状の芯金811、芯金811上にエチレン−プロピレン−非共役ジエンゴム(以下、「EPDMゴム」と記すことがある。)を加硫成型してなる弾性層812、弾性層812の表面に形成したプライマー層813、プライマー層813を介して弾性層812に被覆接着したフッ素樹脂チューブ814から、主要部が構成されている。
本実施の形態が適用される二次定着装置80で使用する加圧ロール81は、円筒状の芯金811の上に形成したEPDMゴムを含む弾性層812が、プライマー層813を介してフッ素樹脂チューブ814と被覆接着し、フッ素樹脂チューブ814とEPDMゴムからなる弾性層812との間の接着強度が1N/mm以上であることを特徴とするものである。接着強度が過度に小さいと、フッ素樹脂チューブ814により弾性層812の表面を被覆することが困難となる傾向にある。
ゴム用補強剤としては特に限定されないが、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;酸化スズ、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化モリブデン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、シリカ、酸化亜鉛、酸化鉛等の絶縁性金属酸化物;水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化鉛等の金属水酸化物;炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム等の炭酸塩;珪酸マグネシウム、珪酸カルシウム、珪酸ナトリウム、珪酸アルミニウム等の珪酸塩;硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の硫酸塩;鉄粉等の金属粉;炭素繊維等の導電性繊維等;さらに、珪藻土、アスベスト、リトポン(硫化亜鉛/硫酸バリウム)、グラファイト、フッ化カーボン、フッ化カルシウム、ワラスナイト、ガラス粉末等が挙げられる。ゴム用補強剤は1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。尚、これらのゴム用補強剤の配合量は、EPDM100質量部に対して、40質量部〜300質量部である。
また、(a)ポリオルガノシロキサンは、上述したアルケニル基以外の置換基を有することがある。このようなアルケニル基以外の置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基;クロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基、シアノエチル基等の置換基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子、シアノ基等で置換したものが挙げられる。
尚、(a)オルガノポリシロキサンの構造は、直鎖状構造を有するものが好ましいが、部分的には分岐状の構造、環状構造等であってもよい。
また、シランカップリング剤の配合量が過度に少ないと、フッ素樹脂チューブとの接着強度が低下する傾向がある。また、シランカップリング剤の配合量が過度に多いと、フッ素樹脂チューブを被覆した際にチューブとプライマー層が密着し難くなり、その結果、接着処理後のプライマー層とチューブとの間に気泡を抱いてしまう傾向がある。これらの混合物をプライマーとして使用することにより、より強固に弾性層であるEPDMとの接着を行うことが可能となる。
プライマー層813の厚さが過度に薄いと、予め加硫成型されたEPDMからなる下地ロールにフッ素樹脂チューブ814を被覆する際に、ロール表面の微小な凹凸を埋めることが困難となり接着にむらが生じる傾向がある。また、プライマー層813の厚さが過度に厚いと、ロールとして高い圧力で使用する際に、プライマー層813自体が凝集破壊する傾向がある。
(ii)成分のオルガノポリシロキサンとしては、ケイ素原子に結合した水素原子を分子中に少なくとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンを挙げることができる。
また、フルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物においては、硬化剤として、前述した付加反応型シリコーンゴム組成物に使用される種々のオルガノハイドロジェンポリシロキサンを使用することができる。
(1)フッ素樹脂チューブの接着強度測定
所定の操作により調製した加圧ロールの表面に、幅20mmで円周方向に切込みを入れ、23℃65%RHの環境下でロール表面に対して90°の角度になるようにフッ素樹脂チューブを10mm/minの速度で引っ張り、そのときの引っ張り荷重を測定し、その結果から接着強度を求めた(単位:N/mm)。
所定の操作により調製した加圧ロールを、前述した図2において説明した二次定着装置80(図2参照)と同様な構成を有する評価機を用いて加圧ロールの耐久性評価を行った。尚、定着ベルトは、φ168mm、厚さ100μmのポリイミド基材の上に、厚さ30μmのフルオロカーボンシロキサンゴムを被覆したものを使用した。評価機は、定着ベルトを介して加熱ロールと加圧ロールを総荷重200kgf(1960N)で圧接したときのニップ幅5mm、単位面積当りの平均荷重は、A4紙縦送りの場合で17kgf/cm2(166.6N/cm2)、A4紙横送りの場合で15kgf/cm2(147N/cm2)、また、加熱ロールの制御温度は120℃に設定した。
以上の条件にて、ミラーコートプラチナ紙A4(富士ゼロックスオフィスサプライ製、坪量209g/m2)を縦送りで走行させ、その走行枚数量にて耐久性評価を行なった。枚数が多いほど耐久性が高い。
EPDMゴムの過酸化物架橋配合にて、ゴム硬度A60/S(JIS K6253に準拠したタイプAデュロメータ硬さ、以下「JIS−A」と記することがある)、引張り強さ21MPa、引裂き強さ10.5N/mmのゴム材料を調製した。このゴム材料を用いて、コンプレッション成型後、研磨することにより、外径φ64.8mm、ゴム厚さ0.8mmの下地ロールを調製した。
次に、下地ロールの表面を、波長184.9nmを含む短波長紫外線で、積算光量70mJ/cm2になるように所定時間照射し、表面処理を行った。
(B):側鎖にケイ素原子に結合した水素原子を持つメチルハイドロジェンシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製KF−9901)10質量部と、
(C):酢酸ブチル100質量部と、
を均一に撹拌混合して混合物を調製し、その混合物50質量部と、テトラアルコキシシラン−ヘプタン混合溶液(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製DY39−115)100質量部とを均一に混合し、プライマ−組成物を得た。
この加圧ロールは、PFAチューブの接着強度の測定結果は、6N/mmであり、きわめて高い接着強度が得られた。
また、加圧ロールの耐久性評価の結果、100,000枚通紙時点で良好な用紙搬送性を維持しており、加圧ロールには、弾性層の凝集破壊等の異常も見られなかった。
実施例1で使用したEPDMゴムの下地ロールを用い、下地ロールの表面を紫外線による表面処理を行なわない以外、実施例1と同様な操作により、EPDMゴムの下地ロールの上に厚さ100μmの裏面が接着処理されたPFAチューブを被覆後、硬化接着させ、加圧ロールを得た。
この加圧ロールは、PFAチューブの接着強度の測定結果は、0.1N/mmであり、低い接着強度が得られた。
また、加圧ロールの耐久性評価の結果、A4紙縦送り枚数12,000で弾性層(ゴム層)の凝集破壊が発生した。
過酸化物架橋配合のHTVシリコーンゴムを用いて、ゴム硬度A60/S(JIS−A)、引張り強さ9MPa、引裂き強さ7.5N/mmのゴム材料を調製し、実施例1と同様の操作により、コンプレッション成型後に研磨処理を施して下地ロールを作成した。
次に、この下地ロール表面上に実施例1で使用したのと同様なプライマー組成物をスプレーコートで厚さ10μmになるように塗布し、裏面が接着処理された厚さ100μmのPFAチューブを被覆後、硬化接着させ、加圧ロールを得た。
この加圧ロールは、PFAチューブの接着強度の測定結果は、0.7N/mmであった。
また、加圧ロールの耐久性評価の結果、A4紙縦送り枚数31,000で弾性層(ゴム層)の凝集破壊が発生した。
付加反応型LTVシリコーンゴムを用いて、ゴム硬度A60/S(JIS−A)、引張り強さ3.5MPa、引裂き強さ5N/mmのゴム材料を調製し、金型内で裏面が接着処理された厚さ100μmのPFAチューブを一体成型方法にてゴムと加硫接着させ、加圧ロールを得た。
この加圧ロールは、PFAチューブの接着強度の測定結果は、0.5N/mmであった。
尚、加圧ロールの耐久性評価の結果、A4紙縦送り枚数15,000で弾性層(ゴム層)の凝集破壊が発生した。
Claims (6)
- 定着装置に用いる加圧ロールであって、
円筒状芯金の周囲に形成したエチレン−プロピレン−非共役ジエンゴムを加硫成型してなる弾性層と、
前記弾性層の表面にプライマーを介して被覆接着したフッ素樹脂チューブと、を有し、
前記弾性層と前記フッ素樹脂チューブとの接着強度が1N/mm以上であることを特徴とする加圧ロール。 - 前記プライマーは、付加反応型シリコーンゴムとメチルハイドロジェンシリコーンオイル及びシランカップリング剤を含むシリコーンゴム混合物であることを特徴とする請求項1記載の加圧ロール。
- 前記弾性層を構成する前記エチレン−プロピレン−非共役ジエンゴムの加硫物が、引張り強さ20Mpa以上、引裂き強さ10N/mm以上であることを特徴とする請求項1記載の加圧ロール。
- 記録材上に形成するトナー像の定着に使用する加圧ロールであって、
円筒状芯金の外周面に形成したエチレン−プロピレン−非共役ジエンゴム層と、
前記エチレン−プロピレン−非共役ジエンゴム層の上に形成した付加反応型シリコーンゴムとメチルハイドロジェンシリコーンオイル及びシランカップリング剤を含むシリコーンゴム層と、
前記シリコーンゴム層表面を被覆するフッ素樹脂チューブと、
を有することを特徴とする加圧ロール。 - 定着ベルトと、
前記定着ベルトと圧接して形成するニップ部によりトナーの定着を行う加圧ロールと、を備え、
前記加圧ロールは、
円筒状芯金の外周面に加硫成型したエチレン−プロピレン−非共役ジエンゴムを含む弾性層と、
前記弾性層の表面にプライマーを介して接着強度が1N/mm以上になるように被覆接着したフッ素樹脂チューブと、
を有することを特徴とする定着装置。 - 記録材に対して画像を形成する画像形成装置であって、
定着ベルトと加圧ロールとを圧接して形成するニップ部により前記記録材にトナーの定着を行う定着装置を備え、
前記定着装置の前記加圧ロールは、
円筒状芯金の外周面に加硫成型したエチレン−プロピレン−非共役ジエンゴムを含む弾性層と、当該弾性層の表面にプライマーを介して接着強度が1N/mm以上になるように被覆接着したフッ素樹脂チューブとを有することを特徴とする画像形成装置。
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