JP2021076712A - 加圧ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 離型層の最表面に帯電した電荷の除去性能に優れた加圧ローラを提供することにある。【解決手段】 芯金と、芯金の外周に形成された弾性体層と、弾性体層の外周に形成された離型層を有する加圧ローラにおいて、弾性体層の少なくとも一方の側面に形成され、芯金と電気的に導通した第１導電層と、離型層の少なくとも一方の側面に形成され、第１導電層と電気的に導通した第２導電層とを設ける。第１導電層と第２導電層は、弾性体層及び離型層の両側面に形成するのが好ましい。【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、あるいはプリンタ等の画像形成装置において、転写紙などの転写材上に転写されたトナー画像を加熱により定着する定着部に用いられる加圧ローラに関する。

トナー画像を定着する定着装置に使用される加圧ローラは、芯金上に弾性体層を設け、さらにその外周にトナーに対する離型性の向上を目的として、ふっ素樹脂などで形成された離型層を設けた構造のものが多く使用されている。

このような加圧ローラは、トナーを転写材に対して押圧させる定着ニップを形成するため、定着部において加熱ローラや加熱ベルトと接触するように使用されるが、加熱ローラや加熱ベルトとの摩擦によって帯電しやすく、その結果静電オフセットと呼ばれる問題点が発生する。

静電オフセットとは、加圧ローラと加熱ローラの摩擦により加圧ローラの表面が数ｋＶに帯電し、転写材上の荷電トナーが飛散したり、定着装置内に浮遊するトナーを引き付けたりすることで、転写材を汚したり、画像が乱れたりする現象である。

静電オフセットを抑制する方法としては特許文献１や特許文献２に記載の方法が提案されている。
特許文献１では、弾性体層と離型層の間に導電層を設けることで、離型層に帯電した電荷を導電層に逃がし、離型層の帯電を抑制することで静電オフセット対策をした加圧ローラが記載されている。
また、特許文献２には弾性体層と離型層の間に設けた導電性弾性体層を芯金と導通させることでオフセット対策をした加圧ローラが記載されている。

しかしながら、このような加圧ローラは離型層の電荷除去による静電オフセット対策効果は得られるものの、効果な限定的なものである。特に、離型層の最表面に帯電した電荷については、導電層との間に存在する離型層が絶縁性であるため、離型層自体が電荷除去に対する抵抗となり、十分な除去は困難である。

特開２００２−２６６８４６号公報 特開平４−１１６５８２号公報

本発明の課題は、離型層の最表面に帯電した電荷の除去性能に優れた加圧ローラを提供することにある。

本発明者は、加圧ローラの構造を鋭意検討した結果、離型層の最表面を直接導電層に接触させ、離型層の最表面と導電層の間の抵抗を極力低減させることで、従来の問題を解消できることを究明した。

本発明によって提供される加圧ローラは、芯金と、芯金の外周に形成された弾性体層と、弾性体層の外周に形成された離型層を有するとともに、
弾性体層の少なくとも一方の側面に形成され、芯金と電気的に導通した第１導電層と、離型層の少なくとも一方の側面に形成され、第１導電層と電気的に導通した第２導電層とを有することを特徴とする。

本発明の加圧ローラにあっては、以下に記載した優れた効果が期待できる。

（１）離型層の最表面から芯金に至る導通経路が形成されることによって、離型層最表面に帯電した電荷が効率的に除去され、静電オフセットが抑制される。

（２）離型層の最表面の少なくとも一端に導通経路を設けるという簡単な構成で、離型層最表面全体の電荷除去を促すことができる。

本発明の加圧ローラの基本的構成である 両側面に導電層を形成した、本発明の加圧ローラである。 弾性体層と離型層の間に導電層を形成した、本発明の加圧ローラである。 比較例の加圧ローラの一例である。

以下、本発明の基本的構成を、添付図面を参照しながら説明する。
図１において、１が本発明の加圧ローラ、２は芯金、３は弾性体層、４ａは第１導電層、４ｂは第２導電層、５は離型層である。
本発明で特徴的なことは、弾性体層３の側面に形成された第１導電層４ａ、離型層５の側面に形成された第２導電層４ｂの存在により、離型層５の最表面と芯金２の間に電気的な導通経路が形成されていることである。

特に、離型層５の側面に第２導電層４ｂが存在することにより、離型層５の最表面はその端部において第２導電層４ｂと直接接触した状態にある。このため、加熱ローラや加熱ベルトとの摩擦によって離型層５の最表面が帯電しても、離型層５の最表面と第２導電層４ｂの間の電気抵抗が小さいため、帯電した電荷が速やかに第２導電層４ｂへと導かれ、第１導電層４ａを経由して芯金２へと除去される。

また、離型層５の最表面に帯電した電荷は、概ね離型層５の最表面全体に渡って均一に分布する。そのため、少なくとも一方の側面に第１導電層４ａと第２導電層４ｂが形成されていれば、第２導電層４ｂ付近の電荷が除去される → 残った電荷が離型層５の最表面全体に均一に分布する → 均一に分布した電荷のうち、第２導電層４ｂ付近の電荷が除去される → 残った電荷が離型層５の最表面全体に均一に分布する → … が繰り返されることで、離型層５の最表面全体に分布した電荷を除去することができる。

第１導電層４ａが形成される側面と、第２導電層４ｂが形成される側面は、電気抵抗を下げ、電荷除去機能を高める観点から、図１に示したように加圧ローラ１の軸方向同一側に位置する側面を選択する。
電荷除去機能をさらに高める観点においては、図２に示したように弾性体層３の両側面に第１導電層４ａが形成されると共に、離型層５の両側面に第２導電層４ｂが形成された態様が好ましい。離型層５の両側面に第２導電層４ｂが存在することで、離型層５の最表面の両端に芯金２との間の電気的な導通経路が形成され、より速やかに電荷が除去される。

さらに、本発明では図３に示したように、弾性体層３と離型層５の間に、第１導電層４ａと電気的に導通しているとともに、第２導電層４ｂとも電気的に導通した、第３導電層４ｃを設けるのが好ましい。
第３導電層４ｃを設けることで、離型層５と導電層との接触面積が増大し、離型層５の電荷除去機能が向上する。
第３導電層４ｃは、必ずしも第１導電層４ａ、第２導電層４ｂの両方に直接接触している必要はなく、第１導電層４ａを介して第２導電層４ｂと第３導電層４ｃが電気的に導通、あるいは第２導電層４ｂを介して第１導電層４ａと第３導電層４ｃが電気的に導通していれば良い。

第３導電層４ｃを設ける際も、第１導電層４ａと第２導電層４ｂは、図３（ａ）に示した加圧ローラ１の軸方向同一側の側面に設けた態様、及び図３（ｂ）に示した両側面に設けた態様を採用できるが、図３（ｃ）に示した第１導電層４ａを設ける側面と第２導電層４ｂを設ける側面とを反対にした態様も採用できる。図３（ｃ）に示した態様の場合、第２導電層４ｂは第３導電層４ｃと電気的に導通するよう、離型層５の側面から第３導電層４ｃの側面に渡って設ける。

本発明に使用する芯金２の材料としては、アルミニウムなど、本発明のような加圧ローラ１に広く使用されている芯金材料を適宜選択して使用すれば良い。

本発明に使用する弾性体層３の材料としては、本発明のような加圧ローラ１に広く使用されているシリコーンゴムを適宜選択して使用することができる。弾性体層３に使用されるシリコーンゴムは固形状、液状ゴムのいずれでも良く、芯金２への被覆方法も押出成型法、注型法など、各種の被覆方法が使用できる。

また、本発明では弾性体層３の硬度調整等を目的として、弾性体層３を多孔質構造としても良い。弾性体層３を多孔質構造とする場合は、ミラブル型シリコーンゴムに加熱発泡剤を混合し、ゴムを架橋させる段階で発泡剤を分解ガス化させ、気泡を発生させて多孔質化する方法、中空フィラーを使用する方法、水を含有する吸水性ポリマーを液状シリコーンゴムに混合し、水を蒸発させて空洞を形成する方法など、従来知られている多孔質化方法を適宜選択して使用すれば良い。

第１導電層４ａ、第２導電層４ｂ、第３導電層４ｃの材料としては、導電性シリコーンゴムが好ましく利用できる。第１導電層４ａ、第２導電層４ｂを形成する際は、弾性体層３、離型層５の側面に導電性シリコーンゴムを塗布することで、容易に第１導電層４ａ、第２導電層４ｂを形成することができる。
第３導電層４ｃを形成する際は、導電性シリコーンゴムを使用することで、導電層としての機能が得られると共に、弾性体層３に対して離型層５を固定する接着層としての機能も得られる。

本発明に使用する離型層５の材料としては、ふっ素樹脂、シリコーン樹脂など、離型層の材料として知られているものを適宜選択して使用すれば良い。
離型層５の形成方法も、チューブ状に成形したものを被覆する、あるいは液状の材料をコーティングするなど、離型層の形成方法として知られているものを適宜選択して使用すれば良い。

以下、本発明の加圧ローラの実施例を示す。

［実施例］
芯金２として、外径φ１５ｍｍ、長さ３００ｍｍのアルミニウム棒を使用した。

加熱発泡剤を混合したミラブル型シリコーンゴムを押出機にてチューブ状に押出した後、所定の条件にて加硫、多孔質化したスポンジ状シリコーンチューブを長さ２５０ｍｍにカットしたものを、芯金２の長さ方向中心部に被覆固定させることで、弾性体層３を形成した。その後、弾性体層３の表面を研磨し、外径をφ２５ｍｍに調整した。

弾性体層３の外周面全体に導電性シリコーン接着剤を厚さ０．２ｍｍとなるように塗布した後、離型層５として肉厚３０μｍの熱収縮性ＰＦＡチューブを被覆し、所定の条件にて加熱・収縮を行って離型層５の固定を完了した。
離型層５を固定する過程で導電性シリコーン接着剤は加熱硬化され、加熱硬化後は第３導電層４ｃとなる。

離型層５の固定完了後、離型層５の余長を除去し、面一となった弾性体層３の両側面と離型層５の両側面と、弾性体層３の側面から２ｍｍの範囲内の芯金２の外周面に、弾性体層３と離型層５の固定に用いた導電性シリコーン接着剤を厚さ０．２ｍｍとなるように塗布する。塗布後、所定の温度・時間にて導電性シリコーン接着剤を硬化させ、第１導電層４ａ及び第２導電層４ｂとし、実施例の加圧ローラ１を完成させた。

［比較例］
比較例として、実施例の加圧ローラ１から第２導電層４ｂを省略した態様である、図４に示した加圧ローラ１’を準備した。具体的には、弾性体層３の外周面に第３導電層４ｃとなる導電性シリコーン接着剤を塗布する際に、弾性体層３の側面に第１導電層４ａとなる導電性シリコーン接着剤を塗布すると共に、離型層５の固定完了後の導電性シリコーン接着剤の塗布を省略することで得る。

実施例と比較例の加圧ローラに対し、以下に述べる試験を行い、電荷除去効果を評価した。

張架した木綿布に、加圧ローラの外周の長さの８分の１程度が接触する力で評価対象の加圧ローラを接触させ、毎秒１回転の速さで加圧ローラを１０秒間回転させることで木綿布と加圧ローラを摩擦させ、加圧ローラの表面を摩擦帯電させた。

摩擦帯電させた加圧ローラの表面の電位を表面電位計で測定し、時間経過に伴う電位の変化を記録した。結果を表１に示す。

比較例の加圧ローラ１’は、第１導電層４ａ、第３導電層４ｃの存在による電荷除去効果を確認できたが、電荷が除去される速さは緩やかであるとともに、最終的な電位は−２６０Ｖ前後で安定し、摩擦帯電前の電位に戻るまでには至らなかった。

一方、実施例の加圧ローラ１は、摩擦帯電直後の電位は比較例の半分程度であるとともに、その後も速やかに電荷が除去された。最終的な電位は−１０５Ｖと、摩擦帯電前の電位と大差が無い値に至った。

以上の結果から、本発明の加圧ローラ１は、離型層５の側面に形成された第２導電層４ｂの存在により、従来の加圧ロールよりも高い電荷除去性能を示すことが確認できた。

以上の例は、本発明の一例に過ぎず、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更および応用が可能であることは言うまでもない。
例えば、以上の例では弾性体層３が単層構造の場合について述べたが、弾性体層３を多層構造にするなどといった変形例が挙げられる。

本発明の加圧ローラは、定着装置の加圧ローラとしてだけでなく、定着ローラ、プリンタのローラなど、各種印刷機器のローラとして好適に適用できる。

１ 加圧ローラ（本発明）
１’ 加圧ローラ（比較例)
２ 芯金
３ 弾性体層
４ａ 第１導電層
４ｂ 第２導電層
４ｃ 第３導電層
５ 離型層

Claims (9)

1. 定着装置に使用される加圧ローラであって、該加圧ローラは、芯金と、該芯金の外周に形成された弾性体層と、該弾性体層の外周に形成された離型層を有するとともに、
   該弾性体層の少なくとも一方の側面に形成され、該芯金と電気的に導通した第１導電層と、該離型層の少なくとも一方の側面に形成され、該第１導電層と電気的に導通した第２導電層を有することを特徴とする加圧ローラ。
2. 該第１導電層が形成される側面と、該第２導電層が形成される側面は、該加圧ローラの軸方向同一側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の加圧ローラ。
3. 該弾性体層の両側面に該第１導電層が形成されると共に、該離型層の両側面に該第２導電層が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の加圧ローラ。
4. 該弾性体層と該離型層の間に形成され、該第１導電層と電気的に導通しているとともに、該第２導電層とも電気的に導通した第３導電層を有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の加圧ローラ。
5. 該弾性体層は、シリコーンゴムで形成されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の加圧ローラ。
6. 該弾性体層は、多孔質構造であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の加圧ローラ。
7. 該第１導電層と該第２導電層が、導電性シリコーンゴムで形成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の加圧ローラ。
8. 該第３導電層が、導電性シリコーンゴムで形成されていることを特徴とする、請求項４〜７の何れか一項に記載の加圧ローラ。
9. 該離型層がふっ素樹脂で形成されていることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の加圧ローラ。
   

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