JP2519112B2 - 離型性に優れた定着用弾性ロ―ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真複写機の定着用ロール、印刷機用
ロール或いは印字プリンターのプラテンロール等に良好
に使用し得る高離型性を有する弾性ロールに関する。

〔従来の技術〕

従来、印刷機用ロール、プラテンロール等にはウレタ
ンゴム、EPゴム、シリコンゴム等が使用されており、ま
た、電子写真複写機の定着用ロールとしては、シリコン
ゴムロール或いはフッ素ゴムロール等が知られている。
しかしながら、これ等は離型性トナーを使用した場合に
おいても、離型性が充分でないため、フッ素樹脂を被覆
した非弾性ロール、或いは弾性ロール表面にフッ素樹脂
収縮チューブ等を被覆したもの等が提案されている。さ
らに、弾性ロール表面にフッ素ゴムとフッ素樹脂粉末の
混合物を塗布、焼き付けし、表面にフッ素樹脂粉末層を
形成したもの等が提案されている。

また、電子写真複写機における定着操作に際して、定
着ロールの離型性を改善するするために離型油、一般に
はシリコン油を塗布することが行われているが、その場
合、シリコン油が内部に浸透して定着ロールが膨潤する
のを防止するために、弾性ロール表面にフッ素樹脂収縮
チューブ等を被覆したもの、或いは特開平１−205188号
公報等に記載のように、芯金上にシリコンゴム層、フッ
素ゴム層或いはフルオロシリコンゴム層、シリコーンゴ
ム層を順次設けた定着ロールが提案されている。

一方、特開昭62−285839号公報には、本発明者等によ
って、耐熱性エラストマー材を、フィブリル化されたポ
リテトラフルオロエチレン、特に延伸多孔質ポリテトラ
フルオロエチレンに含浸、接合させた被覆層を芯金上に
形成した弾性ロールが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ウレタンゴム、EPゴム、シリコンゴム等を
使用した印刷機用ロール、プラテンロール等に於いて
は、ロールの弾性は良好であるが、離型性の面では必ず
しも良好なものとは言い難く、そのため、紙粉の付着、
ロールへの巻きつき等のトラブルが発生するという問題
があった。

また、特に電子写真複写機の定着ロールにおいて、フ
ッ素樹脂を被覆した非弾性ロールは弾性がないという欠
点を有し、また弾性ロール表面にフッ素樹脂収縮チュー
ブ等を被覆したもの等は、フッ素樹脂が硬く、延びが小
さいため、表面弾性という面では必ずしも満足のいくも
のではなかった。さらに、弾性ロール表面にフッ素樹脂
粉末層を形成したものは、初期においては弾性、離型性
とも良好であるが、表面のフッ素樹脂粉末が剥離、離脱
し易いため、その離型性の寿命は短いものであった。

また、特開平１−205188号公報等に記載のように、フ
ッ素ゴム層或いはフルオロシリコンゴム層の上にシリコ
ンゴム層を形成したものは、表面のシリコンゴム層の強
度が充分でなく、強度を向上させるために充填剤の量を
増加させると離型性が低下し、また、シリコンゴム層と
フッ素ゴム層或いはフルオロシリコンゴム層との接着強
度が充分でないために、シリコン油を反復塗布して定着
操作を繰り返すことにより、表面のシリコーンゴム層に
クラックが発生し、最悪の場合には、剥離が生じるとい
う問題を有している。

一方、特開昭62−285839号公報に開示されている弾性
ロールは、離型性において非常に優れており、また、シ
リコン油とのなじみ性や耐膨潤性は良好であるが、弾性
特性が劣り、特に弾性回復力において劣っていた。ま
た、熱伝導性が悪く、特に連続コピー時にロールの表面
温度が低下してしまうという問題も有していた。

本発明は、従来の上記のような問題点に鑑みてなされ
たものである。

したがって、本発明の目的は、好ましい弾性と優れた
離型性を有する弾性ロールを提供することにある。

本発明の他の目的は、シリコン油等による膨潤が乏し
く、離型性、用紙剥離性、定着性、発色性が良好であっ
て、耐久性に優れた定着用弾性ロールを提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、上記したフィブリル化されたポリテト
ラフルオロエチレン、特に延伸多孔質ポリテトラフルオ
ロエチレンに、離型性エラストマーを含浸、結合させた
複合材料の持つ優れた特性、すなわち、柔軟でありなが
ら充分な機械的強度を有し、また、親油性でありながら
耐油性に優れているという特性に着目し、弾性及び熱伝
導性に関する不利を克服すべく検討を重ねた結果、本発
明を完成するに至った。

本発明は、３層構造の層構成を有する定着用弾性ロー
ルであって、芯金上に形成さた耐熱性エラストマーより
なる厚さ200μｍ以上の熱伝導性の弾性体層と、該弾性
体層の上に形成された厚さ３〜200μｍのフッ素ゴムま
たはフルオロシリコンゴムよりなる耐油層と、該耐油層
の上に形成されたフィブリル化されたポリテトラフルオ
ロエチレンと離型性を有するエラストマーとの複合物よ
りなる厚さ３〜200μｍの離型性被覆層とからなること
を特徴とする。

本発明の弾性ロールについて、その層構成について説
明する。

芯金上に形成する弾性体層としては、熱伝導性であっ
て、耐熱性でかつ耐油性のエラストマーより構成される
必要があることから、フッ素ゴムまたはフルオロシリコ
ンゴムが使用される。

弾性ロールを、その表面にシリコン油を塗布しながら
電子写真複写機の定着ロールとして使用する場合、表面
の離型性被覆層は、シリコン油による膨潤等の影響をほ
とんど受けないにもかかわらず、シリコン油は、この離
型性被覆層を透過して、芯金上に形成された弾性体層に
達する。したがって、本発明の弾性ロールが、そのよう
な用途に使用するものである場合、すなわち表面にシリ
コン油を塗布しながら使用する電子写真複写機の定着ロ
ールである場合においては、弾性体層は、熱伝導性であ
って、耐熱性でかつ耐油性のエラストマーより構成され
る必要がある。この耐熱性でかつ耐油性のエラストマー
としては、フッ素ゴムまたはフルオロシリコンゴム等が
用いられる。

本発明において、弾性体層は、厚さが200μｍ以上で
あることが必要であり、それにより上記弾性材料の弾性
を有効に発揮させることができるが、あまり厚すぎると
熱伝導性が悪くなるなどの問題を生じるため、5mm以下
であるのが望ましい。

上記弾性体層の表面には、耐油性を有するエラストマ
ーよりなる耐油層を設ける。耐油性を有するエラストマ
ーとしては、フッ素ゴムまたはフルオロシリコンゴムを
使用する。耐油層の厚さは、シリコン油の進入を阻止で
きる厚さであればよく、通常、３〜200μｍの範囲が好
ましい。

耐油層の上には、フィブリル化されたポリテトラフル
オロエチレンと離型性を有するエラストマーとの複合物
からなる離型性被覆層が形成される。

本発明において使用する「フィブリル化されたポリテ
トラフルオロエチレン」とは、押出し、圧延、混練、延
伸等の操作により、ポリテトラフルオロエチレンに剪段
力が作用することによりポリテトラフルオロエチレンが
繊維化されたものである。

このフィブリル化されたポリテトラフルオロエチレン
と複合させる離型性を有するエラストマーとしては、室
温硬化型（RTV）や低温硬化型（LTV）のものが使用可能
であり、具体的には、RTV及びLTVシリコンゴム、フッ素
ゴム、フルオロシリコンゴム等があげられる。

また、これら離型性を有するエラストマーには、離型
性を一層向上させるために、離型油、例えばシリコン油
等を混入させてもよく、更にまた、熱伝導性その他の性
質を付与させるたるにカーボンブラック、黒鉛、窒化硼
酸、アルミナ、シリカ等の粉末を含有させることも可能
である。

本発明において、離型性被覆層の厚さは、３〜200μ
ｍの範囲に設定される。厚さが３μｍよりも薄くなる
と、耐久性の点で不十分になる。

本発明における離型性被覆層は、弾性ロールの上記耐
油層表面に、例えば、次のようにして形成することがで
きる。すなわち、上記の離型性を有するエラストマーと
ポリテトラフルオロエチレンとを所望の割合で混合した
後、通常の成形方法、例えば、混練した後、ロール圧延
することによりシート状に成形したり、或いは、シート
状に押出し成形し、そして形成された複合物のシート状
物を、プライマー処理などの適当な接着性改善処理が施
された弾性体層の表面に巻き付け、エラストマーを硬化
させた後、表面を研磨仕上げする。

また、より好ましい方法としては、予め未焼成のポリ
テトラフルオロエチレンを延伸してフィブリル化された
ポリテトラフルオロエチンレンよりなる延伸多孔質ポリ
テトラフルオロエチレンフィルムを作製し、この多孔質
のフィルムの空隙中に、上記離型性を有するエラストマ
ーを含浸し、硬化することによって形成させてもよい。
この方法について、更に具体的に説明すると、予め、未
焼成ポリテトラフルオロエチレンフィルムを延伸して、
膜厚３〜200μｍ、空隙率30〜98％、孔径0.02〜15μｍ
の範囲の、強靱で柔軟性に富む延伸多孔質ポリテトラフ
ルオロエチレンフィルムを作製し、このフィルムの空隙
中に、シリコンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴ
ムの１種またはそれ以上を含浸させて保持させた後、接
着性改善処理された弾性体層を有するロール表面に巻き
付け、その後加熱硬化させればよい。また、予め、延伸
多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムの一面に接
着剤を塗布した後、上記したと同様にして離型性を有す
るエラストマーを含浸させ、又はさらに硬化させて、接
着剤付きの複合物フィルムを作製し、これを弾性体層を
有するロール表面に、接着剤塗布面を弾性体層に向けて
巻き付けてもよい。更にまた、予めプライマー処理など
の接着性改善処理が施された弾性体層を有するロール表
面に、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルム
または接着剤付きの延伸多孔質ポリテトラフルオロエチ
レンフィルムを巻き付け、固定または接着した後、上記
と同様に離型性を有するエラストマーを含浸させ、硬化
させてもよい。

上記のようにして作製された本発明における離型性被
覆層は、フィブリル化されたポリテトラフルオロエチレ
ンを骨格として、シリコンゴム、フッ素ゴム、フルオロ
シリコンゴム等の離型性を有するエラストマーが複合さ
れたものになっているので、フィブリル化組織による機
械的な強度、耐摩耗性が向上すると共に、離型性を有す
るエラストマーにポリテトラフルオロエチレンの離型性
が加わることになり、離型性が向上したものとなる。

本発明の弾性ロールは、上記したとおりの３層構造の
層構成を有するから、電子写真複写機の定着用ロールと
して、その表面にシリコン油を塗布しながら使用する場
合に好適である。

〔作用〕

本発明の弾性ロールは、弾性、或いは弾性と熱伝導性
とは主として芯金上に形成された熱伝導性の弾性体層に
担われ、離型性は表面の離型性被覆層に受け持たされて
いる。そして、この離型性被覆層は、充分な柔軟性と強
度を有しているため、弾性体層の弾性を損なうことがな
い。また、この離型性被覆層は、本質的に優れた離型性
を有するポリテトラフルオロエチレンと離型性を有する
エラストマーとの複合物であるため、離型性を有するエ
ラストマーが本来有している離型性よりも優れた離型性
を示し、また、耐久性をも有するものである。したがっ
て、本発明の弾性ロールにおいては、弾性と離型性とが
両立したものであり、また、離型性被覆層の上に塗布さ
れたシリコン油が、耐油層によって遮断されるため、耐
油層の下に位置する熱伝導性の弾性体層が損傷を受ける
ことがないものである。

〔実施例〕

次に、本発明を図面によって説明する。第１図は、従
来の２層構成の弾性ロールの断面図であり、第２図は、
本発明の３層構成からなる定着用弾性ロールの断面図で
ある。図中、１は芯金、２は弾性体層、３は離型性被覆
層、４は熱伝導性の弾性体層、５は耐油層である。

以下、上記弾性ロールの製造例をあげて、本発明を具
体的に説明する。

例１（２層構成の弾性ロール） 内径12mm、肉厚19mmの円筒状ゴムの内孔部に、表面に
ゴム用接着剤を塗布した直径12mmのステレンス製芯棒を
挿入し、接着した後、表面研磨仕上げを行って、外径50
mmのシャフト付きゴムロールを作製した。続いて、この
ロール表面にゴム用接着剤を塗布した後、厚さ10μｍ、
空隙率70％の延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフ
ィルム（商品名ゴアテックス、ジャパンゴアテックス
（株）製）をのり巻き状に７回巻き付け、末端を固定し
た。次いで、この延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレ
ンフィルムの空隙に、RTVシリコンゴムに粘度1000cpsの
シリコン油を10％混合したものを塗布することによって
含浸させた後、過剰分を抜き取り、60℃で10時間加熱す
ることによりシリコンゴムを架橋させ、弾性ロールを作
製した。

例２（２層構成の弾性ロール） 直径8mmの芯棒上に、肉厚12mmの独立気泡の発泡ポリ
ウレタン被覆を形成した、外径32mmの発泡ポリウレタン
性弾性ロールを用意した。

これとは別に、厚さ12μｍ、空隙率80％の延伸多孔質
ポリテトラフルオロエチレンフィルムの表面に、ポリウ
レタン径接着剤を塗布し、乾燥して、厚さ５μｍの層を
形成し、接着剤付き延伸多孔質ポリテトラフルオロエチ
レンフィルムを作製した。このフィルムを上記弾性ロー
ル表面に、重なり幅3mmにして１回巻き付けた後、150℃
の鉄板上で転がすことにより接着した。続いて、このロ
ールをRTVシリコンゴム液中に徐々に浸漬することによ
り、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムの
空隙中にRTVシリコンゴムを浸漬した。ロール表面の過
剰分のRTVシリコンゴムを抜き取り、120℃で１時間加熱
することによりRTVシリコンゴムを架橋させて、弾性ロ
ールを作製した。

例３（２層構成の弾性ロール） ステレンス鋼製の中空円筒状芯金の表面にプライマー
を介してHTVシリコンゴムの被覆を形成した後、表面研
磨仕上げを行って、厚さ3.5mmの弾性層を形成した。次
いで、形成された弾性体層表面にシリコンゴム用のプラ
イマーを塗布した後、厚さ４μｍ、空隙率92％の延伸多
孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムよりなる幅3c
mのテープ状物を、斜めに1.5cmのピッチで巻き付け、固
定した。次いで、この延伸多孔質ポリテトラフルオロエ
チレンフィルムの間隙中にRTVシリコンゴムを含浸し、
その過剰分を抜き取った後、120℃で３時間加熱して硬
化させると同時に接着させて、弾性ロールを作製した。

この弾性ロールの中空部に加熱ヒーターを配設し、電
子写真複写機の加熱定着ロールとして、150〜220℃で条
件を変化させた加熱温度で、離型性トナーを使用して評
価を行った。その結果、弾性ロール固有の光沢のない鮮
明な複写画像が得られると共に、離型性不良によるオフ
セット現象も見られず、また、その状態は１万枚通紙後
も変化しなかった。

例４（２層構成の弾性ロール） 例３において、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレ
ンフィルムの空隙中に、RTVシリコンゴムの代わりに、R
TVタイプのフルオロシリコンゴムを使用した以外は、同
様にして弾性ロールを得た。

この弾性ロールについて、例３と同様に評価したとこ
ろ、同様に弾性、離型性共に良好な結果が得られた。ま
た、さらにこの弾性ロール表面にシリコン油を塗布しな
がら、同様に評価をしたところ、特にシリコン油による
膨潤などの影響を受けることもなく、２万枚コピー通紙
後も良好な複写画像が得られた。

実施例１（３層構造の定着用弾性ロール） 芯金として、外径42mmのアルミニウム製中空筒状のも
のを用意し、その表面にシリコンゴム用プライマーを介
してHTVシリコンゴムを焼き付け硬化させた後、表面仕
上げを行って、肉厚3.5mmの被覆層を形成した。引き続
き、この表面にフッ素ゴム用プライマーを介して液状フ
ッ素ゴムを塗布し、硬化して、厚さ50μｍのフッ素ゴム
よりなる耐油層を形成して耐油性構造とした弾性ロール
を作製した。次いで、この表面にシリコンゴム用プライ
マーを塗布した後、厚さ５μｍの延伸多孔質ポリテトラ
フルオロエチレンをのり巻き状に２回巻き付け、末端を
固定した。続いて減圧下で、この表面にRTVシリコンゴ
ムを塗布することにより、延伸多孔質ポリテトラフルオ
ロエチレンの空隙中にRTVシリコンゴムを含浸した。常
圧下で過剰分を抜き取った後、120℃で２時間加熱する
ことによりゴムを硬化させると共に、弾性ロール表面上
に接着させ、離型層を形成し、定着用弾性ロールを得
た。

この定着用弾性ロールを、第３図に示すようにフルカ
ラー複写機の定着装置に組み込み、ロール表面にシリコ
ン油を塗布しつつランニング試験を行った。

定着用弾性ロール10と接触回転する加圧ロール20は、
外径50mmのアルミニウム製金属コア11の表面に、40μｍ
の厚さにポリテトラフルオロエチレンフィルム（商品
名：テフロン、デュポン社製）12を焼き付け塗装したも
のである。上記一対のロール10及び20は、総荷重120k
g、接触幅6mm、回転スピード160mm/secで駆動させる。
また、両ロールとも、その内側に、加熱源として、赤外
線ランプ６及び16が配設されており、図示しない温度コ
ントローラにより、それぞれ150℃及び140℃に温度制御
される。上記定着用弾性ロール10の表面には、トナーの
オフセット防止のためにオイル供給装置30が設けられて
いる。オイル供給装置において、オイルパン36内のオイ
ルがオイルピックアップロール35を介して、オイル塗布
ロール31に供給される。オイル塗布ロール31は、アルミ
ニウム製金属コア32にシリコンゴム33を2mmの厚さに被
覆したものであり、ロールの外表面の一部にブレード部
材34が設置されており、常に一定量のオイルが定着ロー
ルに供給されるようになっている。なお、７及び17は抜
き取り装置、41はコピー用紙、42はトナー像である。

上記の定着装置において、オイルとしてはジメチルシ
リコーンオイル（例えば、KF−96、信越化学（株）製）
を使用し、その供給量は、A4サイズ１コピー当り５〜10
μｌになるように調整した。

上記の定着装置を用いて以下に示す定着条件において連
続定着試験を行った。

コピースピード:A4サイズ紙、毎分10枚 紙:P紙（富士ゼロックス（株）製 トナー組成：ポリエステル系樹脂95重量％、 顔料４重量％、及び帯電制御剤１重量％ その結果、５万枚の通紙後もシリコン油による膨潤の発
生は見られず、また、表面層にもクラック等の発生は見
られず、離型性、用紙剥離性、安定性、発色性は良好で
あった。また、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン
の厚さによる巻き付け端部段差についても、画像に特に
影響を及ぼすものではなかった。

比較例１ 実施例１で作製した耐油性構造とした定着用弾性ロー
ルの表面に、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンと
RTVシリコンゴムからなる離型層を形成せずに、実施例
１と同様に通紙試験を行ったところ、膨潤の発生は見ら
れなかったが、用紙の巻き付き、発色性不良などの離型
性不良によるトラブルの発生が見られた。

比較例２ 実施例１と同様に耐油性構造として定着用弾性ロール
の表面に、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンを使
用せずに、直接RTVシリコンゴムを塗布することによ
り、厚さ約20μｍのRTVシリコンゴムのみよりなる剥離
性被覆層を形成した。このロールを実施例１と同様に評
価したところ、約5000枚のコピーで表面の剥離性被覆層
にクラックが生じ、また、一部剥離も見られた。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の弾性ロールは、上記
の構成を有するから、弾性と離型性とが両立した耐久性
のあるものである。また、弾性層と離型性被覆層の間に
耐油層を設けていることから、シリコン油などによる膨
潤性が有効に制御される。また、離型性や用紙剥離性な
いし定着性や発色性のいずれにおいても良好であって、
耐久性に優れ、電子写真複写機の定着ロールとして工業
的効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の２層構成の弾性ロールの断面図であ
り、第２図は、本発明の３層構成の定着用弾性ロールの
断面図、第３図は、本発明の定着用弾性ロールを装着し
た定着装置の概略の構成図である。 １……芯金、２……弾性体層、３……離型性被覆層、４
……熱伝導性の弾性体層、５……耐油層、６……赤外線
ランプ、７……抜き取り装置、10……定着用弾性ロー
ル、11……アルミニウム製金属コア、12……ポリテトラ
フルオロエチレンフィルム、16……赤外線ランプ、17…
…抜き取り装置、20……加圧ロール、30……オイル供給
装置、31……オイル塗布ロール、32……アルミニウム製
金属コア、33……シリコンゴム、34……ブレード部材、
35……オイルピックアップロール、36……オイルパン、
41……コピー用紙、42……トナー像。

フロントページの続き (72)発明者 安野 道昭 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 加藤 博 岡山県和気郡吉永町南方123 ジャパン ゴアテックス株式会社内 (72)発明者 菊川 裕康 岡山県和気郡吉永町南方123 ジャパン ゴアテックス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−4283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−179770（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−133470（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芯金上に形成された耐熱性エラストマーよ
   りなる厚さ200μｍ以上の熱伝導性の弾性体層と、該弾
   性体層の上に形成された厚さ３〜200μｍのフッ素ゴム
   またはフルオロシリコンゴムよりなる耐油層と、該耐油
   層の上に形成されたフィブリル化されたポリテトラフル
   オロエチレンと離型性を有するエラストマーとの複合物
   よりなる厚さ３〜200μｍの離型性被覆層とからなるこ
   とを特徴とする定着用弾性ロール。
2. 【請求項２】離型性を有するエラストマーが、常温硬化
   型シリコンゴムであることを特徴とする請求項（１）記
   載の定着用弾性ロール。