JP3615329B2

JP3615329B2 - カラープリンター用熱定着弾性回転体

Info

Publication number: JP3615329B2
Application number: JP29689796A
Authority: JP
Inventors: 勇阪根; 久嗣丹田
Original assignee: I.S.T. CORPORATION
Current assignee: I.S.T. CORPORATION
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: JPH10141356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真装置、レーザービームプリンター等の画像成形装置に使用される弾性回転体に関するものであり、特に前記、画像成形装置においてシート状転写材又は記録材等を熱定着させるための定着ローラー等として好適に使用される弾性回転体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写装置等の画像成形装置において多くの場合、紙をはじめとするシート状転写材又は記録材を、所定の経過にそって搬送する搬送ローラーは、搬送性、離型性、耐久性等が要求される。特に転写紙上の未定着トナー像に熱を付与し、かつ、該溶融トナーのオフセットを防止しながら該転写紙を所定経路へと搬送しなければならない定着ローラーには厳しい条件下での搬送性、離型性、耐摩耗性、定着性及び耐久性が要求される。シリコーンゴムやフッ素ゴムを用いた弾性体ローラーは、この定着ローラーと相接するゴム弾性体加圧ローラーとの接触圧力を上げることによってニップ点（接触点）が面接触となるため、熱定着面積が大きくでき、その結果、熱定着を効果的に行うことができると言う利点がある。
【０００３】
このような利点を活かし複写処理速度の早い、いわゆる高速複写機やカラー複写機あるいはプリンター等には弾性体ローラーが多く使用され、又、弾性体表面へのトナーの付着及びオフセット現象を防止するためゴム弾性体の表面にフッ素樹脂をコーティングしたローラーやフッ素樹脂チューブを被覆した定着ローラーがよく使用されている。
【０００４】
特にカラー複写機あるいはカラーレーザービームプリンター等はイエロー、マセンダ、シアン、あるいはブラック等の複写のトナーを混合溶融し複写紙に熱定着させる必要があるため、２層又は３層構造に成形されたシリコーンゴムローラーにシリコーンオイルを含浸させ、なおかつ画像定着時に微量のシリコーンオイルを定着ローラーに塗布しシリコーンオイルの離型性を用いて画質の向上や離型性の向上、あるいはオフセットを防止している。
【０００５】
このような技術及び方法は、シリコーンオイルの供給装置あるいは廃油の処理部品等、複写機あるいはプリンター装置そのものが煩雑になるばかりでなく、メンテナンスあるいは部品の寿命等の面でも多くの問題を持っている。
【０００６】
カラー複写の画質の面では、複数のトナーを溶融混合させて転写紙に定着させるための定着性、あるいはカラー画像の光沢性（テカリ感）、オフセット性等、画質の評価のパラメーターがあり、定着性を向上させるために定着ローラーと加圧ローラーの接触圧力（定着圧力）を上げると、カラー画像のテカリ感が拡大され良質なカラー画質を得ることが出来ない。又、定着圧力を弱めると定着不足になる相反した問題点も持っている。
【０００７】
従って、これらの問題を解決するために、定着、及び加圧ローラーの弾性体ゴムの硬度をなるべく低くし、両ローラーを接触加圧させた場合のニップ幅を出来る限り広くとり、低い定着圧力で熱定着を行い、同時にテカリ感を緩和させ、なお且つローラー最外層のフッ素樹脂層で離型性の向上及びオフセットの防止を行う技術が開発されている。
【０００８】
このような研究開発の推移の中で、シリコーンゴム弾性層と最外層のフッ素樹脂層との構成からなる定着ローラーにおいては、シリコーンゴムローラーのゴム硬度が低くなるほど、ニップ部に大きな変形力が加わりシリコーンゴム層とフッ素樹脂層の境界面において動的な動きに各層が追従出来なくなり、フッ素樹脂層の表面に致命的なシワが発生し鮮明な画像が得られないばかりでなく、ローラーの寿命にも影響を及ぼすことになる。すなわち、トナーの定着性を上げるためにはゴム弾性体層の硬度を下げたり、ゴム厚みを厚くしたり、または定着圧力を上げる等の要因を改善させ定着及び加圧各ローラー間でのニップ面積を確保することが必要である。
【０００９】
しかしながら前述のようにニップ面積を改善することはゴム弾性層の変形量を増大させる方向であり、これらの要因はフッ素樹脂層にシワを発生させるという問題を生ずる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
シリコーンゴム弾性層の硬度がある程度高い状態でその表面にフッ素樹脂を被覆した場合、定着ローラーと加圧ローラーによる定着圧力が高くてもゴム弾性層が余り変形しなくその変形量にフッ素樹脂被複層も追従していくためシワの発生にはつながらない。
【００１１】
しかしながら、ゴム弾性層の硬度が一定の場合、硬度を低下させていくとゴム弾性層の変形量は大きくなり、当然のことながらフッ素樹脂層とゴム層の境界面でそれぞれの層の動きが異なった動きになりシワの発生につながる。すなわち、ゴム層とフッ素樹脂層の境界面でゴムはその硬度と定着圧力に比例して伸び変形するが、フッ素樹脂層はシリコーンゴムほど伸びないため、定着圧力を取り除いてもゴム層の伸びとフッ素樹脂層の伸びの差により、ゴム表面にはゴムが復元しようとする応力が働くが、その応力はフッ素樹脂層で阻害され、ローラー表面にシワ状になって残ることになる。
【００１２】
本発明は前記従来の問題を解決するためになされたもので、複写機やプリンターの定着性を高めなお且つテカリ感のない高画質が得られ、耐久性に優れた弾性回転体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のカラープリンター用熱定着弾性回転体は、芯体の表面に弾性層と外層にフッ素樹脂層を有し、前記弾性層と前記フッ素樹脂層の間に各層の伸縮差を緩和させる緩衝層を存在させたカラープリンター用熱定着弾性回転体であって、前記弾性層と前記緩衝層がこの順番に成形され、その上に前記フッ素樹脂層がコーティングされ焼成されており、
前記弾性体がシリコーンゴムであり、かつゴム硬度がＪＩＳＡ硬度で０．１度以上２０度以下の範囲であり、
前記緩衝層の硬度が前記弾性層の硬度よりも高いシリコーンゴム、フッ素ゴム及びこれらの混合物から選ばれる少なくとも一つであり、
弾性層≧緩衝層＞フッ素樹脂層の厚み構成であり、
前記弾性層の厚みが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲、前記緩衝層の厚みが０．１ｍｍを超え３ｍｍ以下の範囲であり、
熱定着に必要な定着圧力をかけたとき前記弾性層で定着に必要なニップ面積を確保し、前記緩衝層では前記弾性層の変形量を緩和させ、
前記弾性層の変形量は前記緩衝層で吸収し、前記外層のフッ素樹脂層までおよばないことを特徴とする。
【００１４】
前記構成においては、弾性体がシリコーンゴムであり、フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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（ＰＦＡ）、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（ＰＦＥＰ）及びテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体から選ばれる少なくとも一つの焼成層であることが好ましい。もちろん前記樹脂混合物の焼成層であってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の弾性回転体は、芯体の表面に２層以上の弾性層と、その外層にフッ素樹脂を有する弾性回転体であって、芯体に接する１層目の弾性体の硬度より２層目の弾性体の硬度が高く、第１層目の弾性層の厚みが厚い構成の回転体にすることにより一定の定着力で熱定着を行った場合、１層目のゴムの変形量は２層目の硬度の高い弾性層で吸収され、その外層のフッ素樹脂層までおよぶことはない。
【００１６】
従って、カラー複写機やプリンターの定着ローラーとして用いた場合、熱定着に必要な定着圧力をかけてもローラー表面のフッ素樹脂層にシワや破壊が発生することが無く、また、第１層目に硬度の低い弾性体を使用することによって、定着圧力も低くすることができて、かつニップ幅も広く十分な定着とテカリ感のない複写画像を得ることができる。
【００１７】
本発明においては、弾性体がシリコーンゴムであり、フッ素樹脂がＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、のいずれか又はこれらの混合物の焼成層であることがローラー表面の離型性あるいはオフセット防止の面からも望ましい構成である。
【００１８】
また、第１層目のゴム硬度はＪＩＳ、Ａ硬度で２０度以下０．１度以上でありゴム層の厚みが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが画質、ローラー表面のシワの防止、定着性の面からも望ましい。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２０】
［実施例１］
外径４０ｍｍのローラー面、長さ２４０ｍｍのアルミ製中空芯体表面にプライマーを介してＪＩＳＡ硬度１度のシリコーンゴムを１．８ｍｍの厚さに成形し、１６０℃の温度で３０分間一次加硫処理を行った。その後、同一ローラーの１層目のシリコーンゴム層の外層にＪＩＳＡ硬度で２７度のシリコーンゴムを０．５ｍｍの厚さで成形した後、１５０℃の温度で３０分間加硫を行った。しかる後、２００℃の温度で４時間二次加硫を行った。その後ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ディスパージョンを３５ミクロンの厚みにスプレーコーティングし、ＰＴＦＥ樹脂の焼成温度以上の温度で焼成を行い、２層構造のシリコーンゴムを有しその最外層に焼成されたＰＴＦＥ樹脂が被覆された３層構造の弾性回転体を得た。このローラー２本をフルカラープリンターの定着装置に装着し、定着圧力を４０ｋｇかけてプリント処理を行った。このローラーは毎分４枚のプリント処理において１０万枚以上の耐久性があり、定着性、光沢性においても問題のない画像が得られた。また、ローラー表面のフッ素樹脂層にシワの発生もなく耐久性も優れていることが実証された。
【００２１】
この弾性回転体のフッ素樹脂被覆面も含むローラーの硬度はアスカーＣの硬度で５４度であった。その評価結果は後にまとめて表１に示す。
【００２２】
［比較例１］
実施例１と同一の芯体を用い芯体表面にＪＩＳＡ硬度３０度のシリコーンゴムを２ｍｍの厚さに成形し、実施例１と同一の条件で一次加硫及び二次加硫を行った。その後表面にＰＴＦＥディスパージョンを３５μｍの厚みでコーティングし、同条件で焼成を行いシリコーンゴム弾性層とフッ素樹脂層の２層構造の弾性回転体を得た。
【００２３】
この弾性回転体を実施例１の定着機に装着し、５０ｋｇの定着圧力をかけ複写テストを行った結果、フッ素樹脂層にシワの発生はなかったがニップ幅が狭く定着性が得られなかった。その評価結果は後にまとめて表１に示す。
【００２４】
［比較例２］
比較例１においてシリコーンゴム弾性層の硬度をＪＩＳＡ２５度、厚みを５ｍｍに変更した以外は比較例１と同一条件で、シリコーンゴム弾性体と、フッ素樹脂層の２層構造の弾性回転体を得た。
【００２５】
この弾性回転体は５０ｋｇの定着圧力でニップ幅は比較例１よりも少し広くなり定着性はやや改善されたが反面、フッ素樹脂層の表面にシワや破壊が少し発生した。その評価結果は後にまとめて表１に示す。
【００２６】
［比較例３］
実施例１と同一の芯体を用い、実施例１の１層目に使用したＪＩＳＡ硬度１度のシリコーンゴムを１層のみ芯体表面に２ｍｍの厚みで成形し、実施例１と同一条件にて加硫後ＰＴＦＥ樹脂ディスパージョンをコーティング後、焼成しシリコーンゴム層は１層でその表面がＰＴＦＥ樹脂で被覆されたローラーを製作した。
【００２７】
同一ローラー２本を実施例１のプリンター定着装置に装着し、定着圧力４０ｋｇと３０ｋｇでそれぞれプリント処理を行った結果、トナーの定着性は良好であったが数１００枚のプリントでＰＴＦＥ樹脂層が伸びシワが入りフィルムの破壊が発生した。その評価結果は後にまとめて表１に示す。
【００２８】
［実施例２］
実施例１と同一の芯体を用い弾性層のシリコーンゴム硬度がＪＩＳＡ０．５度で厚みが１．９ｍｍ及び緩衝層のシリコーンゴムが硬度ＪＩＳＡ３５度で厚みが０．２５ｍｍの弾性体を成形し、実施例１と同一条件にて加硫を行い、尚且つフッ素樹脂をコーティングした弾性回転体を得た。
【００２９】
この弾性回転体も実施例１の定着テストで定着性、テカリ感、及び耐久性とも問題のない結果が得られた。その評価結果は後にまとめて表１に示す。
【００３０】
［比較例４］
比較例３において弾性層を１．０ｍｍとした以外は比較例３と同様に弾性回転体を製作した。得られた弾性回転体は、フッ素樹脂層の伸び、シワの発生が重度にあり破壊もあり、また第１層目弾性層の厚みが薄いため十分なニップ幅が得られなく定着性も悪くローラーとして使用することができなかった。その評価結果は後にまとめて表１に示す。
【００３１】
［比較例５］
実施例１と同一の芯体を用い、実施例１の１層目に使用したＪＩＳＡ硬度１度のシリコーンゴムを０．５ｍｍの厚みに１層目として成形し、同一条件で加硫後硬度２７度のシリコーンゴムを１．５ｍｍの厚さで２層目として成形し、その後実施例１と同一条件で加硫及びフッ素樹脂被覆したローラーを得た。
このローラーを実施例１の同一プリンターの定着装置に装着しプリントした結果、フッ素樹脂層にシワの発生や皮膜の破壊は見られなかったが、定着性が悪く鮮明な画像が得られなかった。その評価結果は後にまとめて表１に示す。
【００３２】
［実施例３、参考例］
緩衝層の厚みを０．２５ｍｍとした以外は、実施例１とほぼ同一構成及び同一製造条件で２層構造のシリコーンゴムローラーを製作しフッ素樹脂層として厚み５０ミクロンのＰＦＡチューブを被覆したローラーを得た。この弾性回転体のフッ素樹脂被覆面も含むローラーの硬度はアスカーＣの硬度で６２度であり、ほぼ良好な画質及び定着性が得られ、ＰＦＡチューブ表面のシワの発生もなく耐久性も良好であった。その評価結果は後にまとめて表１に示す。
【００３３】
［実施例４〜８］
実施例１と同一芯体及び同一条件にて加硫処理及びフッ素樹脂処理を行ったほか、弾性体の硬度、厚み及び緩衝層の硬度厚みをそれぞれ表１に示すように変更し弾性回転体を製作した。
【００３４】
この弾性回転体の定着性の評価を実施例１と同一条件で評価した結果、定着性、光沢性及びフッ素樹脂層のシワ、伸び、破壊等においていずれも良好な結果が得られた。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、円筒状芯体表面に同軸的に２層に配置された弾性層と緩衝層において、芯体に接する１層目の弾性層のゴム硬度が２層目の緩衝層の硬度よりも低く、なお且つ１層目の弾性層厚みが厚く、さらにその外層にフッ素樹脂層を有する弾性回転体を複写機やプリンターの熱定着ローラーとして使用した場合、十分な定着性及びテカリ感のない高質な画像と高い信頼性と及び長い耐久性を維持することができた。このような構成で定着性に対してはシリコーンゴムの硬度、ゴム厚み及び定着圧力に影響を受けシリコーンゴムの硬度が低く、ゴム厚みが厚く定着圧力が高い、すなわち両ローラーの接触面積（ニップ面積）が広い方が良好な定着性が得られる。
【００３７】
しかしながら、反面フッ素樹脂被覆表面にシワが発生する方向にも進むため、シリコーンゴムの１層目で定着に必要なニップ面積を確保し、２層目のゴム層ではゴムの変形量を緩和させ、フッ素樹脂層にシワを発生させない働きをさせる効果がある。
【００３８】
同時に各ゴム層の厚みがあまり厚くなると熱伝導性が低下するため、十分な定着性が得られない場合がある。従って、各ゴム層の厚み、硬度、熱伝導性等の要因と定着圧力及びフッ素樹脂の厚み等を適切な条件で選定することによって本発明の効果を拡大することが出来る。

Claims

芯体の表面に弾性層と外層にフッ素樹脂層を有し、前記弾性層と前記フッ素樹脂層の間に各層の伸縮差を緩和させる緩衝層を存在させたカラープリンター用熱定着弾性回転体であって、前記弾性層と前記緩衝層がこの順番に成形され、その上に前記フッ素樹脂層がコーティングされ焼成されており、
前記弾性層がシリコーンゴムであり、かつゴム硬度がＪＩＳＡ硬度で０．１度以上２０度以下の範囲であり、
前記緩衝層の硬度が前記弾性層の硬度よりも高いシリコーンゴム、フッ素ゴム及びこれらの混合物から選ばれる少なくとも一つであり、
弾性層≧緩衝層＞フッ素樹脂層の厚み構成であり、
前記弾性層の厚みが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲、前記緩衝層の厚みが０．１ｍｍを超え３ｍｍ以下の範囲であり、
熱定着に必要な定着圧力をかけたとき前記弾性層で定着に必要なニップ面積を確保し、前記緩衝層では前記弾性層の変形量を緩和させ、
前記弾性層の変形量は前記緩衝層で吸収し、前記外層のフッ素樹脂層までおよばないことを特徴とするカラープリンター用熱定着弾性回転体。
フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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（ＰＦＡ）、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（ＰＦＥＰ）及びテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体から選ばれる少なくとも一つの焼成層である請求項１に記載のカラープリンター用熱定着弾性回転体。