JP3822995B2

JP3822995B2 - 定着器用加圧ローラ

Info

Publication number: JP3822995B2
Application number: JP04817099A
Authority: JP
Inventors: 浩牧野
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP2000250343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機及びレーザビームプリンタ等、静電転写によって印刷するプリンタに用いられる定着器用加圧ローラに関する。更に詳しく言えば、静電転写式プリンタの熱定着器において用いられ、芯金の周面に、シリコーンフォーム等からなり、特定の空孔構造を有し、適度な硬さを備えるフォーム層が設けられた定着器用加圧ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機及びレーザビームプリンタ等、静電転写によって印刷するプリンタでは、トナーを紙等に転写した後、これを定着装置によって熱定着することが多い。この定着装置は、熱定着を行うためのヒータが組み込まれた加熱定着ローラと、この定着ローラに紙等を押し付けるための加圧ローラとを備える。そして、これらのローラ間には、種々の厚さ及び大きさの用紙が給紙されるが、上質紙等の比較的薄い用紙では、これまで何ら問題なく印刷されている。しかし、葉書或いは厚紙等の比較的厚い用紙では、定着ローラと加圧ローラとの周速度に差を生じ、それによって用紙のしわ、変形等の問題が発生している。
【０００３】
また、加圧ローラの断熱性が低いと、定着ローラからの伝熱が加圧ローラの芯金から放散され易く、トナーの定着性が低下するとの問題もある。そのため、トナーを効率よく定着させることができる断熱性の高い加圧ローラが必要とされている。しかし、従来より知られている断熱性の高い加圧ローラは、フォーム層の気孔が微細であって、硬度が高く、その表面が十分に平滑にならず、高品位な画像を得ることができないことがある。そこで、発泡剤を増量し、硬度の低いフォームとすることも検討されているが、加圧ローラとして好ましい硬度とするためには、相当に多量の発泡剤を添加しなければならず、このように多量の発泡剤を添加した場合は、フォームの気孔径が均一にならず、硬度のばらつきも大きいとの問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の問題を解決するものであり、特定の構造のフォーム層を備え、適度な硬さを有する加圧ローラとすることにより、比較的厚い用紙を給紙し、定着した場合も、用紙にしわ、変形等を生ずることがない定着器用加圧ローラを提供することを目的とする。また、本発明は、断熱性が高く、ローラの周面が十分に平滑であり、トナーを効率よく定着させることができ、高品位な画像を得ることができる定着器用加圧ローラを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１発明の定着器用加圧ローラは、芯金と、該芯金の周面に設けられるフォーム層とを備える定着器用加圧ローラにおいて、上記フォーム層は楕円体形の空孔を有し、該空孔の長径の向きは上記ローラの径方向であり、且つ該空孔の平均長径が、上記ローラの径方向において漸次変化していることを特徴とする。
【０００６】
上記「芯金」は、定着ローラと接触して回転する際に、或いは長期間の使用によって、変形等を生ずることのない機械的強度を有することが必要とされる。そのため、通常、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属からなる断面円形の中空体或いは棒状体が使用される。
【０００７】
上記「フォーム層」は、第１発明において特定される空孔を有し、適度な硬さ、優れた耐熱性などを備え、圧縮永久歪が小さい等、定着器用加圧ローラとしての所要特性を有するものであれば、どのようなフォームからなるものであってもよい。このフォームとしては、取り扱い易く、加工も容易であり、柔軟であって十分なニップ幅を確保することができ、所要の耐熱性等を備える加圧ローラとすることができるシリコーンフォーム、ポリウレタンフォーム等が特に好ましい。
【０００８】
このシリコーンフォームとしては、第２発明のように、低温加硫型液状シリコーンフォーム原料、室温加硫型液状シリコーンフォーム原料からなるものが特に好ましい。これらの液状原料から生成されるフォームは、柔軟であって、且つ十分な強度等を有し、優れた性能の加圧ローラを得ることができる。また、液状シリコーンフォーム原料では、発泡剤を用いなくても十分に硬度の低いフォームとすることができる。更に、断熱性もミラブル型シリコーンスポンジ等に比べて優れており、トナーをより効率よく定着させることができ、高品位な画像を得ることができる。
【０００９】
フォーム層は、ミラブル型シリコーンスポンジにより形成することもできる。このミラブル型シリコーンスポンジは、熱加硫型シリコーンであるオルガノポリシロキサン、補強用充填剤、増量剤、耐熱剤等からなるシリコーン組成物に、加硫剤としてパーオキサイド、発泡剤としてアジ化物等を添加し、調製された原料を加熱し、加硫、発泡させることにより生成させることができる。ミラブル型シリコーンスポンジでは、パーオキサイド等を用いて加硫するため、気孔が微細になり易く、硬度が高くなる傾向にある。従って、このパーオキサイドの他、発泡剤等の配合量を調整して、加圧ローラとして好ましい硬度等を有するスポンジとする必要がある。また、発泡剤を変量した複数の原料を調製し、これらを順次芯金に塗布して層状とした後、発泡、硬化させる等の方法によって、適度な硬度等を有する加圧ローラとする必要がある。
尚、これらのシリコーンフォーム原料には、適量の難燃剤、充填剤等を必要に応じて配合することもでき、難燃性及び導電性等を有する加圧ローラを得ることができる。
【００１０】
ポリウレタンフォームは、ポリオール成分とポリイソシアネートとを攪拌、混合し、反応、硬化させることにより得られる。このポリウレタンフォームの場合は、芯金周縁のセル密度を高めるため、芯金に低融点ワックス、チオ化合物、カルボン酸化合物、酸アミド化合物等、反応抑制効果を有する物質を予め塗布した後、フォーム原料を塗布し、反応、硬化させることが好ましい。反応抑制効果を有する物質としては、より具体的には、メルカプタール、メルカプタン、チオフェノール、アジピン酸、フタル酸、安息香酸、ギ酸、酢酸、アクリル酸、ホルムアミド、ベンズアミド、オキサミン酸等が挙げられる。
【００１１】
ポリイソシアネートとしては、ＴＤＩ、ＴＤＩとＭＤＩとの混合物或いはＭＤＩ、ＴＤＩ等の変性物など、一般にポリウレタンフォームの製造に使用されるものを特に制限されることなく使用することができる。
【００１２】
ポリオール成分に含まれるポリオールとしても、その種類等、特に制限はされないが、例えばポリプロピレングリコール、ポリプロピレンアジペート、ポリカプロラクトン等を使用することができる。また、ポリマーポリオール、即ち、ポリエーテルポリオールにアクリロニトリル、スチレン、メチルメタアクリレート等のエチレン性不飽和結合を有する化合物をグラフト重合させたポリオールを使用することもできる。これらは一般に不溶性且つ高安定性の懸濁液の状態で使用される。
【００１３】
発泡剤としては、通常、水が使用されるが、発熱の抑制等を目的として特定フロン以外のクロロ化合物及びフロロ化合物などを併用することもできる。触媒としては、アミン系触媒、特に３級アミンと、金属系触媒であるスタナスオクトエート、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート等の有機錫化合物とを併用することが多い。更に、整泡剤としては、一般にジメチルポリシロキサンとポリエーテルのブロック共重合体が使用される。この他、このポリウレタンフォーム原料にも、適量の難燃剤、充填剤等を必要に応じて配合することもでき、難燃性及び導電性等を有する加圧ローラを得ることができる。
【００１４】
フォーム層の上記「空孔」は「楕円体形」であり、この空孔は、楕円体の長径の向きがローラの径方向となるような構成となっている。従って、ローラの径方向の断面においては空孔の断面形状は長円形となる。また、軸方向の断面においては空孔の断面形状は円形となり、フォーム層の表面における空孔の開口部の形状も円形となる。第１発明の加圧ローラでは、フォーム層は全体として十分に高い空孔率を有し、柔軟であるが、ローラの軸方向における空孔の断面形状が円形であるため、この軸方向の断面における全面積に対する空孔の占める面積割合が低く、定着時、径方向に加わる押圧力に十分に耐えることができる。また、表面が平滑であって硬度も均一であり、表面の研磨も必ずしも必要としない。
【００１５】
楕円体形の短径と長径との比は１：１．２〜１：１００、特に１：１．５〜１：６０、更には１：２〜１：１５であることが好ましい。この比が１．２未満では、ローラの軸方向の断面における全面積に対する空孔の占める面積割合が高くなり、定着時、フォーム層が径方向に加わる押圧力に十分に耐えることができなくなり、好ましくない。また、ローラ表面に開口する空孔径が大きくなる傾向にあり、表面の平滑性が低下するため研磨が必要になる。更に、耐摩耗性も低下するため、表面にフッ素樹脂等からなる皮膜を設けてもよい。
【００１６】
第１発明において、空孔の平均長径はローラの径方向において漸次変化している。空孔の平均長径はどのように変化していてもよいが、加圧ローラとしては、芯金近傍から表層近傍へと平均長径が漸次大きくなるものが最も実用的である。また、ローラの所要特性によっては、芯金近傍から表層近傍へと平均長径が漸次小さくなるもの、或いはローラの径方向の中間部位において平均長径が最も大きく、芯金近傍若しくは表層へと漸次小さくなっていくもの、又はローラの径方向の中間部位において平均長径が最も小さく、芯金近傍若しくは表層へと漸次大きくなっていくものなども使用することができる。
【００１７】
この空孔の平均長径は、第３発明のように、フォーム層の芯金近傍において５〜１０００μｍであり、表層近傍において１０〜３０００μｍであることが好ましい。この平均長径は、芯金近傍においては特に１５〜３００μｍ、更には２０〜２００μｍであることがより好ましい。また、表層近傍においては特に１５０〜１５００μｍ、更には２００〜１０００μｍであることがより好ましい。芯金近傍における平均長径が５μｍ未満であると、フォーム層が硬くなりすぎる傾向にあり、この平均長径が１０００μｍ、特に２０００μｍを超える場合は、ローラが柔軟にすぎ、十分な押圧力が得られないことがある。また、表層近傍における平均長径が１０μｍ未満であると、ローラの表層が硬くなり、所要のニップ幅が得られなくなり、この平均長径が３０００μｍ、特に５０００μｍを超える場合は、ローラの表層が柔軟にすぎ、十分な押圧力が得られないことがある。
【００１８】
本発明の定着器用加圧ローラでは、空孔の平均長径が、ローラの径方向において漸次変化しているが、特に、第４発明のように、この平均長径が、フォーム層の芯金近傍から表層近傍に向かって大きくなっているものが好ましい。また、芯金近傍における平均長径（Ｌｍ）と表層近傍における平均長径（Ｌｓ）との比（Ｌｍ／Ｌｓ）が１／１．２〜１／１００、特に１／１．２〜１／２０であることが好ましく、更には１／２〜１／８、就中１／２〜１／６であることがより好ましい。Ｌｍ／Ｌｓが１．２未満で空孔が小さいと、フォーム層全体として空孔径が小さい硬いローラになり易く、一方、この比が１００を超える場合は、全体に空孔径の大きい柔軟に過ぎるローラになる傾向にあり、いずれにしても好ましくない。
【００１９】
尚、楕円体形の空孔の短径若しくは長径は、透過型電子顕微鏡によってフォーム層を観察し、或いはこれを写真に撮り、これらの視野又は写真から測定することができる。また、平均長径は、拡大視野における２０個の空孔の長径の平均値である。
【００２０】
更に、フォーム層を構成するシリコーンフォーム、ポリウレタンフォーム等は、独泡型とすることもでき、連泡型とすることもできるが、第５発明のように、連泡構造又は半連泡構造とすることが好ましい。定着器用加圧ローラは、トナーを紙等に定着させるため所定の温度に加熱されるが、加熱により内部の空孔が膨張したとしても、フォーム層が連泡構造又は半連泡構造であれば体積変化を生ずることがなく、好ましい。このように、連泡構造又は半連泡構造とすることによって、より容易に十分に柔軟なフォーム層とすることができる。また、このフォーム層は断熱性に優れ、トナーをより効率よく定着させることができる。
【００２１】
定着器用加圧ローラは、定着装置に組み込まれ、加熱定着ローラと対をなし、供給される紙等を定着ローラに押し付けるローラとして使用される。加熱定着ローラは、例えば、内部にヒータを有するアルミニウム又はステンレス鋼等からなる中空芯金と、この芯金の外周に設けられる離型層とを有する。離型層は、未定着画像との離型性に優れるシリコーンゴム又はフッ素樹脂等により構成される。一方、加圧ローラは、本発明のローラのように、アルミニウム又はステンレス鋼等からなる芯金と、この芯金の外周に設けられる樹脂フォーム層とにより構成されることが多い。
【００２２】
本発明では、樹脂フォーム層が特定の構造を有し、このフォーム層は、芯金の周面に塗布されたフォーム原料を発泡、硬化させる操作において、ローラの径方向において温度勾配をもたせること、及び原料系の選択、硬化剤等の反応性の調整などを行うことにより生成させることができる。この温度勾配によって、空孔は、ローラの径方向を長径とする楕円体形となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例によって更に詳しく説明する。
実施例１
（１）ローラの製作
直径１０ｍｍ、長さ３０ｃｍのステンレス鋼製の芯金の周面に、室温硬化型液状シリコーンフォーム原料（東芝シリコーン株式会社製、商品名「トスフォーム５３１０」）を塗布し、平均厚さ３ｍｍの塗膜を形成した。その後、この塗膜が形成された芯金を、６０℃に調温された加熱炉に入れ、塗膜が離散しない程度の速度で回転させ、シリコーンフォーム原料を塗膜の外面から加熱し、発泡、硬化させた。
【００２４】
（２）ローラの構造
塗膜の外面の温度が芯金側に比べて高いため、形成される空孔は、その形状及び大きさを模式的に表す図１のようになる。即ち、空孔は、フォーム層の径方向を長径とする楕円体形となり、且つその平均長径はフォーム層の芯金側から表層へと漸次大きくなっている。この実施例１のローラは、このような構造のフォーム層を有しているため、フォーム層全体としては所要の強度を備え、且つ表層は十分に柔軟であって所定のニップ幅を確保することができる。また、回転させることによって重力等の影響が抑えられるため、フォーム原料を均一に発泡、硬化させることができ、フォーム層の横断面はほぼ真円であった。
【００２５】
（３）フォーム層の物性等
このようにして製作された加圧ローラのフォーム層の厚さは１０ｍｍであった。また、空孔の大きさは、芯金側では、平均短径が２００μｍ、平均長径が５００μｍであり、表層では、平均短径が４００μｍ、平均長径が８００μｍであった。更に、形成されたフォーム層の密度は０．３０ｇ／ｃｍ³、アスカＣ硬さは５°、熱伝導率は８×１０^-3ｃａｌ／ｃｍ・秒・℃であった。また、発泡倍率は約４倍であった。
【００２６】
尚、本発明においては、上記の具体的な実施例に記載したものに限られず、目的、用途等に応じて、本発明の範囲内において種々変更した実施例とすることができる。即ち、フォーム原料の種類、発泡、硬化時の温度設定、発泡倍率等を調整することにより、形成されるフォーム層の密度を０．１０〜１．２０ｇ／ｃｍ³、特に０．１７〜１．１０ｇ／ｃｍ³、アスカＣ硬さを０〜６５°、特に５〜４５°、引張強度を０．３〜３０ｋｇｆ／ｃｍ²、特に０．５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²、伸びを２０〜１５０％、特に３０〜１００％、熱伝導率を３×１０^-5〜１×１０^-1ｃａｌ／ｃｍ・秒・℃、特に１．５×１０^-3〜２×１０^-1ｃａｌ／ｃｍ・秒・℃とすることができる。また、発泡倍率は１．２〜７倍とすることができる。
【００２７】
更に、所要の形状及び構造を有する成形型を用いてローラを作製することもできる。また、塗膜を形成した芯金を加熱炉には入れず、芯金を誘導加熱等、適宜の方法によって加熱し、塗膜の外面側の温度を芯金側に比べて高くすることもできる。このようにすれば、空孔の平均長径がフォーム層の表層から芯金側へと漸次大きくなったローラを得ることができる。更に、塗膜を形成した芯金を加熱炉に入れ、且つ芯金を加熱し、塗膜の外面側と芯金側に温度差を設けることにより、特定の形状及び平均長径を有する空孔を備えたフォーム層を有するローラとすることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
第１発明によれば、比較的厚い用紙を用い、定着した場合にも、用紙にしわ、変形等を生ずることがなく、また、断熱性が高く、その表面が十分に平滑であって、トナーを効率よく定着させることができ、高品位な画像とすることができる定着器用加圧ローラを得ることができる。また、第２乃至第５発明のように、特定の空孔構造を有するフォーム層を備えるローラとすることによって、より優れた性能を有する定着器用加圧ローラとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の定着器用加圧ローラのフォーム層の径方向の断面の一部を表す断面図である。
【図２】定着器用加圧ローラの外観を表す斜視図である。
【符号の説明】
１；定着器用加圧ローラ、２；芯金、３；フォーム層、３１；空孔、３２；表層。

Claims

芯金と、該芯金の周面に設けられるフォーム層とを備える定着器用加圧ローラにおいて、上記フォーム層は楕円体形の空孔を有し、該空孔の長径の向きは上記ローラの径方向であり、且つ該空孔の平均長径が、上記ローラの径方向において漸次変化していることを特徴とする定着器用加圧ローラ。
上記フォーム層は、液状シリコーンフォーム原料が発泡、硬化してなるものである請求項１記載の定着器用加圧ローラ。
上記平均長径が、上記フォーム層の上記芯金近傍において５〜１０００μｍであり、上記フォーム層の表層近傍において１０〜３０００μｍである請求項１又は２記載の定着器用加圧ローラ。
上記平均長径が、上記フォーム層の上記芯金近傍から上記フォーム層の表層近傍に向かって大きくなっており、上記芯金近傍における平均長径（Ｌｍ）と上記表層近傍における平均長径（Ｌｓ）との比（Ｌｍ／Ｌｓ）が１／１．２〜１／１００である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の定着器用加圧ローラ。
上記フォーム層が連泡構造である請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の定着器用加圧ローラ。