JP2017134277A - 加圧ローラ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ローラ面へのトナー固着が十分に抑制され、被記録材が均一に押圧され、熱効率に優れる熱圧定着を実現可能な、加圧ローラを提供すること。【解決手段】軸体２と、軸体２の外周面上に設けられており、シリコーンゴムを含む発泡体で構成される弾性層３と、弾性層３上に設けられた離型層４と、を備え、弾性層３の外周面におけるゴム率が４０〜８０％であり、ローラ表面のＭＤ−１硬度が６０〜７８である、加圧ローラ。【選択図】図２

Description

本発明は、加圧ローラ及びそれを備える画像形成装置に関する。

従来、プリンター、複写機、ファクシミリ及びこれらの複合機等の画像形成装置において、定着手段としては、例えば、熱ローラ定着方式が採用されている。熱ローラ定着方式では、加熱ローラ（定着ローラ）と加圧ローラとを一対の基本構成とし、ローラ対の圧接ニップ部に、トナー画像が担持された被記録材（転写材シート、ファックス紙、印字用用紙等）を導入することで、被記録材にトナー画像を熱圧定着させることが一般的である。

このような用途に用いられる加圧ローラとして、例えば、特許文献１には、アスカーＣ硬度４５度以上で表面マイクロ硬度４５度以下の特性を備える加圧ローラが開示されている。

特開２０００−２２１８２３号公報

加圧ローラは、被記録材のトナーが担持された面の反対側と接し、被記録材を押圧する役割を担っている。このような加圧ローラにおいて、トナーがローラ面に固着すると印刷不良が生じるおそれがある。また、被記録材への押圧が不十分であったり不均一であると、トナーの被記録材への定着が不十分となり、画像ムラが生じるおそれがある。また、加圧ローラは、熱圧定着時に被記録材と接しているが、加圧ローラの熱伝導性が高くなると被記録材の加熱が不十分となったり、加熱効率が低下するおそれがある。

本発明の目的の一つは、ローラ面へのトナー固着が十分に抑制され、被記録材が均一に押圧され、熱効率に優れる熱圧定着を実現可能な、加圧ローラを提供することにある。また、本発明の目的の一つは、上記加圧ローラを備え、高品質な画像形成が可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明の一側面は、軸体と、軸体の外周面上に設けられており、シリコーンゴムを含む発泡体で構成された弾性層と、弾性層上に設けられた離型層と、を備え、弾性層の外周面におけるゴム率が４０〜８０％であり、ローラ表面のＭＤ−１硬度が６０〜７８である、加圧ローラに関する。

一態様において、加圧ローラのローラ表面のアスカーＣ硬度は４０〜７０であってよい。

本発明の他の一側面は、上記加圧ローラを備える画像形成装置に関する。

本発明によれば、ローラ面へのトナー固着が十分に抑制され、被記録材が均一に押圧され、熱効率に優れる熱圧定着を実現可能な加圧ローラ及びそれを備える画像形成装置が提供される。

一実施形態に係る加圧ローラの概略を示す正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。 密着性試験の試験装置の概略を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、図面は理解を容易にするため一部を誇張して描いており、寸法比率等は図面に記載のものに限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る加圧ローラの概略を示す正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。本実施形態に係る加圧ローラ１は、軸体２と、軸体２の外周面上に設けられた弾性層３と、弾性層上に設けられた離型層４と、を備えている。

加圧ローラ１のローラ表面のＭＤ−１硬度は、６０以上であり、好ましくは６５以上である。ローラ表面のＭＤ−１硬度がこの範囲であると、被記録材への均一な加圧が実現でき、被記録材への十分なトナー定着が達成できる。また、加圧ローラ１のローラ表面のＭＤ−１硬度は、７８以下であり、好ましくは７５以下である。ローラ表面のＭＤ−１硬度がこの範囲であると、被記録材への密着性が一層良好になる。

加圧ローラ１のローラ表面のＭＤ−１硬度は、例えば、弾性層を構成する発泡体の硬度変更、発泡体を成形するゴム組成物の組成変更、発泡体の成形条件の変更等により調整することができる。

なお、本明細書中、ＭＤ−１硬度は、以下に示す測定方法により測定される値を示す。

＜ＭＤ−１硬度の測定方法＞
ＭＤ−１硬度の測定には、ＭＤ−１硬度計（高分子計器（株）製、「マイクロゴム硬度計ＭＤ−１型」）を用いる。ロール表面にＭＤ−１硬度計の押針を押し当て、ピークホールドモード、ホールド時間は１秒で読み取った値を、ＭＤ−１硬度とする。なお、ＭＤ−１硬度計は、原理的にはＪＩＳＫ６２５３に記載のタイプＡデュロメータに準じたものである。

加圧ローラ１は、ローラ表面のアスカーＣ硬度が、４０〜７０であることが好ましく、５０〜７０であることがより好ましい。ローラ表面のアスカーＣ硬度が上記範囲であると、被記録材への押圧均一性が一層良好になる。という効果が奏される。

加圧ローラ１のローラ表面のアスカーＣ硬度は、例えば、弾性層を構成する発泡体の発泡倍率の変更、発泡体を成形するゴム組成物の組成変更、発泡体の成形条件の変更等により調整することができる。

なお、本明細書中、アスカーＣ硬度は、以下に示す測定方法により測定される値を示す。

＜アスカーＣ硬度の測定方法＞
ＳＲＩＳ（日本ゴム協会標準規格）０１０１に準拠し、アスカーＣ型硬度計（高分子計器（株）製）を用いて、ロール表面のアスカーＣ硬度を測定する。より具体的には、ロール表面にアスカーＣ硬度計の押針を当接し、定圧荷重（９．８Ｎ）負荷することにより測定される硬度を、アスカーＣ硬度とする。

軸体２は、公知の加圧ローラに用いられる軸体であってよい。軸体２は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等の金属で構成されていてよい。このような軸体２は、芯金と言い換えることができる。また、軸体２は、必ずしも金属製である必要はなく、例えば、樹脂材料で構成されていてもよい。樹脂材料は、例えば、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂であってよく、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂に導電性付与剤を配合した導電性樹脂であってもよい。

軸体２は一つの材質で構成されていてよく、２以上の材質から構成されていてもよい。軸体２は、例えば、芯材と、芯材を覆う外覆層と、から構成されていてよい。具体的には、例えば、軸体２は、金属製の内芯にメッキ処理が施されたものであってよい。

軸体２の外周面には、弾性層３との接着性を向上させるため、又は後述のプライマー処理の効果を向上させるため、粗面化処理が施されていてよい。粗面化処理の方法は特に限定されず、軸体２の材質等に応じて、公知の方法から適宜選択してよい。粗面化処理の方法の具体例としては、サンドブラスト、研磨加工等が挙げられる。

軸体２の外周面には、弾性層３との接着性を向上させるためのプライマー処理が施されていてよい。プライマー処理の方法は特に限定されず、軸体２の材質及び弾性層３の組成等に応じて、公知の方法から適宜選択してよい。プライマーとしては、例えば、アルキッド樹脂、フェノール変性やシリコーン変性等のアルキッド樹脂変性物、オイルフリーアルキッド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂等を好適に用いることができる。

軸体２の外径は、画像形成装置の形態に応じて適宜変更してよい。軸体２の外径は、例えば６〜４０ｍｍであってよく、好ましくは１０〜３０ｍｍである。軸体２の長さは、画像形成装置の形態に応じて適宜変更してよい。軸体２の長さは、例えば１００〜６００ｍｍであってよく、好ましくは１３０〜５００ｍｍである。

弾性層３は、軸体２の胴体部の外周面上に設けられており、シリコーンゴムを含む発泡体で構成されている。

弾性層３の外周面におけるゴム率は、４０％以上であり、好ましくは４５％以上であり、より好ましくは５０％以上であり、さらに好ましくは５５％以上である。弾性層３の外周面におけるゴム率がこのような範囲であると、被記録材との密着性が向上し、被記録材へのより均一な加圧が可能となる。また、加圧ローラ１のローラ表面へのトナー固着が一層抑制される。

弾性層３の外周面におけるゴム率は、８０％以下であり、好ましくは７５％以下であり、より好ましくは７０％以下である。弾性層３の外周面におけるゴム率がこのような範囲であると、加圧ローラ１のローラ表面における熱伝導率が十分に低下し、熱効率に優れた熱圧定着が実現できる。

弾性層３の外周面におけるゴム率は、例えば、弾性層を構成する発泡体の発泡倍率の変更、後述するシリコーンゴム又はシリコーン組成物の組成変更、等によって、適宜調整することができる。

なお、弾性層３はシリコーンゴムを含む発泡体で構成されており、弾性層３の外周面は空隙を有している。本明細書中、ゴム率とは、弾性層３の外周面に占めるゴム（シリコーンゴム）の割合を示し、以下に示す測定方法により測定される値を示す。

＜ゴム率の測定方法＞
弾性層３の外周面を、マイクロスコープ（キーエンス製）にて撮影して、撮影画像を得る。次いで、得られた撮影画像について、輝度抽出による二値化を行って表面の空隙部とゴム部とを判別し、空隙部及びゴム部の面積を求める。この結果から、全体に占めるゴム部の面積比率を算出し、ゴム率とする。

弾性層３は、シリコーンゴムを含む発泡体で構成されている。発泡体は、例えば、シリコーン生ゴムと、発泡剤と、架橋剤とを含むシリコーン組成物を、発泡及び硬化したものであってよい。すなわち、発泡体は、上記シリコーン組成物の発泡硬化物であってよい。

シリコーン生ゴムは特に限定されず、公知のシリコーン生ゴムを用いてよい。シリコーン生ゴムは、例えばビニル基含有ジメチルシリコーン生ゴム、ビニル基含有フェニルシリコーン生ゴム、ビニル基含有フルオロシリコーン生ゴム及びこれらの変性物等が挙げられる。

シリコーン生ゴムの配合量は、例えば、シリコーン組成物の全量基準で４０〜８０質量％であってよく、５０〜７０質量％であることが好ましい。

発泡剤は特に限定されず、公知のシリコーンゴム用発泡剤を用いてよい。発泡剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）、ヒドラゾジカルボンアミド（ＨＤＣＡ）等の有機アゾ発泡剤が好適に用いることができる。

発泡剤の配合量は、発泡体の発泡倍率に応じて適宜変更してよい。発泡体の発泡倍率は、例えば、１１０％以上であってよく、５００％以下であっても３５０％以下であってもよい。発泡剤の配合量は、このような発泡倍率を達成できる量であってよい。

架橋剤は特に限定されず、公知のシリコーンゴム用架橋剤を用いてよい。架橋剤としては、例えば、１分子中に珪素原子と結合する水素原子を２個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが挙げられる。オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、例えば、直鎖状、環状又は分枝状のアルキル基を有するものであってよい。

架橋剤の配合量は、例えば、シリコーン組成物の全量基準で０．０１〜２０質量％であってよく、０．１〜１０質量％であることが好ましい。

シリコーン組成物は、上記以外の成分をさらに含んでいてよい。例えば、シリコーン組成物は、煙霧質シリカ、沈降性シリカ等の補強性シリカ充填剤をさらに含んでいてよい。また、シリコーン組成物は、硬化補助剤をさらに含んでいてもよい。硬化補助剤は、例えば過酸化物であってよい。過酸化物としては、ベンゾイルパーオキサイド、ビス−２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン等が例示される。

また、シリコーン組成物は、反応抑制剤をさらに含んでいてよい。反応抑制剤としては、例えば、メチルビニルシクロテトラシロキサン、アセチレンアルコール類、シロキサン変性アセチレンアルコール、ハイドロパーオキサイド等が挙げられる。

また、シリコーン組成物は、硬化促進剤をさらに含んでいてよい。硬化促進剤としては、例えば、白金触媒が挙げられる。白金触媒としては、例えば、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、白金を固体触媒（例えば、白金黒、アルミナ、シリカ、カーボン等）に担持させたもの、白金とオレフィン、アルコール又はビニルシロキサンとの錯体、等が挙げられる。

また、シリコーン組成物は、耐熱向上剤、硬度を調整するための非補強性シリカ、充填材、着色剤、熱伝導性向上剤等をさらに含んでいてもよい。

弾性層３は、軸体２の外周面上に配置したシリコーン組成物を加熱して硬化（及び発泡）させることにより形成してよい。硬化温度は、例えば、１００〜３００℃であってよく、１５０〜２５０℃であってよい。

弾性層３は、軸体２の外周面上に形成されたシリコーン組成物の発泡硬化物を研削又は研磨して、所定の厚みに成形したものであってもよい。研削又は研磨は、例えば、円筒研削盤による外形研削であってよい。

弾性層３の厚さは特に限定されず、画像形成装置の形態等に応じて適宜変更してよい。弾性層３の厚さは、例えば０．５〜４０ｍｍであってよく、１〜２０ｍｍであってよい。

弾性層３の外周面上には、離型層４が設けられている。離型層４は、トナーと加圧ローラ１との離型性を向上させて、トナーの固着を防ぐ層である。

離型層４は、例えば、フッ素樹脂を含む層であってよい。フッ素樹脂としては、例えば、フッ化エチレン−プロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。

離型層４の厚さは特に限定されず、例えば１５〜１５０μｍであってよく、２０〜１００μｍであってよい。

離型層４は、弾性層３上にフッ素樹脂を含む塗液を塗布して形成してよい。また、離型層４は、フッ素樹脂を含むチューブから構成されていてよく、当該チューブで弾性層３の外周面を被覆することによって形成してよい。

弾性層３と離型層４との間には、両者を接着する接着剤層がさらに設けられていてよい。接着剤層は、接着剤又はその硬化物を含む層であってよい。接着剤としては、例えば、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤等を用いることができる。接着剤層の厚さは特に制限されず、例えば１〜１００μｍであってよく、５〜５０μｍであってよい。

本実施形態に係る加圧ローラ１は、弾性層３の外周面におけるゴム率が４０〜８０％であり、ローラ表面のＭＤ−１硬度が６０〜７８であることで、ローラ面へのトナー固着が十分に抑制され、被記録材が均一に押圧され、熱効率に優れる熱圧定着を実現できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

本発明の一側面は、例えば、上記加圧ローラを備える画像形成装置に関するものであってよい。画像形成装置における加圧ローラ以外の構成要素は、公知の画像形成装置と同様であってよい。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
金属製軸体（ＳＵＭ２２に無電解ニッケルメッキを施した軸体）をトルエン洗浄し、プライマーを塗布した。プライマーを塗布した金属製軸体を、ギアーオーブンにて温度１８０℃で３０分間焼成し、常温にて３０分間以上冷却した。次いで、金属製軸体とシリコーン組成物とを押出成形機にて一体押出しして、これをＩＲ炉にて２２０℃に加熱し、シリコーン組成物を発泡及び硬化させた。その後、円筒研削盤にて外形研削して、厚さ６ｍｍの弾性層を形成した。得られた弾性層について、外周面におけるゴム率を測定した。

次に、弾性層の外周面に接着剤を塗布し、これを厚さ５０μｍのＰＦＡチューブに圧入し、温度１２０℃で１時間加熱することで、加圧ローラを得た。得られた加圧ローラについて、ローラ表面のＭＤ−１硬度及びローラ表面のアスカーＣ硬度を測定した。

弾性層のゴム率、加圧ローラのＭＤ−１硬度及びアスカーＣ硬度は、それぞれ表１に示すとおりであった。

実施例１の加圧ローラを既存の熱ローラ定着方式に適用したところ、ローラ面へのトナー固着が十分に抑制されており、画像ムラ等の発生は生じなかった。また、被記録材が均一に押圧されており、加圧ローラへの熱伝導による加熱不良も無く、トナーの被記録材への定着不良は生じなかった。

（実施例２〜５）
シリコーン組成物の組成を調整して、弾性層のゴム率、加圧ローラのＭＤ−１硬度及びアスカーＣ硬度が、それぞれ表１に示す値の加圧ローラを製造した。実施例２〜５の加圧ローラを既存の熱ローラ定着方式に適用したところ、画像ムラ、トナーの定着不良の発生は見られなかった。

（比較例１〜４）
シリコーン組成物の組成を調整して、弾性層のゴム率、加圧ローラのＭＤ−１硬度及びアスカーＣ硬度が、それぞれ表２に示す値の加圧ローラを製造した。

比較例１の加圧ローラを熱ローラ定着方式に適用したところ、ローラ面へのトナー固着が抑制されず、画像ムラが発生した。また、比較例２の加圧ローラを熱ローラ定着方式に適用したところ、被記録材が均一に押圧されず、トナーの被記録材への定着不良が生じた。また、比較例３の加圧ローラを熱ローラ定着方式に適用したところ、ローラ面へのトナー固着が抑制されず、画像ムラが発生した。また、比較例４の加圧ローラを熱ローラ定着方式に適用したところ、被記録材が均一に押圧されず、トナーの被記録材への定着不良が生じた。

実施例１及び比較例１〜４で得られた加圧ローラについて、以下の方法で密着性試験を行った。結果を表３に示す。

（密着性試験）
密着性試験は、図４に示す試験装置１０を用いて行った。試験装置１０は、筐体内部の下面に固定され、内部ヒータ１２を備えた加熱ローラ１１と、この加熱ローラ１１の軸方向に沿って、その両側に設けられた保温材１３と、加熱ローラ１１と対向するように筐体内部の上面に上下動可能に設けられた試験ローラ装着部１４と、試験ローラ装着部１４を上下に移動可能な押圧力調整手段１５（例えばマイクロメータ）と、を備えている。なお、加熱ローラ１１としては、直径２０ｍｍの金属（ステンレス製、ＳＵＳ３０４）製ローラを用いた。

試験対象の加圧ローラ１６を、試験ローラ装着部１４のベアリングに装着し、押圧力調整手段１５を操作して、装着した加圧ローラ１６を加熱ローラ１１に圧接し、加圧ローラ１６と加熱ローラ１１との圧接部において加圧ローラ１６の弾性層が１０〜３５％圧縮されるように、加圧ローラ１６を固定した。加熱ローラ１１の表面温度を１８０℃に設定し、試験ローラ装着部１４に装備された駆動手段（図示しない。）により加圧ローラ１６を１５分間連続して回転させ、加圧ローラの表面温度が１７０℃まで昇温したところで停止させた。

その後、ＯＨＰフィルム（３Ｍ社製、ＣＧ３７００、カラーレーザープリンタ＆カラー複写機用両面コーティング）を用いて、密着性試験を行った。具体的には、ＯＨＰフィルムを加圧ローラ１６と加熱ローラ１１の間に挿入し、５０ｍｍ進入したところで１０秒停止した後、最後まで通過させた。通過後のＯＨＰフィルムを観察し、フィルム全体に均一に白濁が生じていた場合をＡ、白濁にばらつきが生じていた場合をＢ、白濁が極めて不均一であった場合をＣとして、密着性を評価した。なお、ＯＨＰフィルムはＰＥＴ素材で構成されており、加熱より結晶化に伴う白濁が生じる。このため、試験後のＯＨＰフィルムの白濁を観察することで、ローラ間の密着性が確認できる。

１…加圧ローラ、２…軸体、３…弾性層、４…離型層。

Claims (3)

1. 軸体と、
   前記軸体の外周面上に設けられており、シリコーンゴムを含む発泡体で構成される弾性層と、
   前記弾性層上に設けられた離型層と、
   を備え、
   前記弾性層の外周面におけるゴム率が４０〜８０％であり、
   ローラ表面のＭＤ−１硬度が６０〜７８である、加圧ローラ。
2. ローラ表面のアスカーＣ硬度が４０〜７０である、請求項１に記載の加圧ローラ。
3. 請求項１又は２に記載の加圧ローラを備える画像形成装置。

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