JP4015785B2 - 加熱ロール・ベルト型定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末トナー像を形成した支持体に、熱と圧力を同時に作用させて、トナー像を融着させる加熱ロール・ベルト型定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真プロセスを利用した複写機等においては、記録シート上に形成された未定着トナー像を定着して永久画像にする必要があり、その定着法として溶剤定着法、圧力定着法、および加熱定着法が知られている。溶剤定着法は、溶剤蒸気が発散し、臭気や衛生上の問題が多いという欠点を有しており、 一方、圧力定着法についても、他の定着法と比べて定着性が悪いという欠点 を有しており、いずれも広くは実用化されていないのが現状である。それゆえ、未定着トナー像の定着には、一般に加熱によってトナーを溶融させ、記録シート上に融着させる加熱定着法が広く採用されている。
【０００３】
従来、加熱定着法に用いる加熱定着装置としては、円筒状芯金の内部にヒーターランプを備え、その外周面に耐熱性離型層を形成した加熱ロールと、この加熱ロール(定着ロール）に対し圧接配置され、円筒状芯金の外周面に耐熱弾性体層を形成した加圧ロールとで構成されており、これら両ロール間に、1〜15kg/cm2、好ましくは 3〜10kg/cm2 の圧力を印加し、未定着トナー像の形成された普通紙等の支持体を挿通させて定着を行う加熱定着ロール方式のものが知られている。この方式に使用される加熱ロール型定着装置は、他の加熱定着法である熱風定着方式やオーブン定着方式のものと比べて、熱効率が高い為、低電力で、高速性に優れ、しかも、紙詰まりによる火災の危険性も少ないこと等から、現在最も広く利用されている。
【０００４】
近年、この様な加熱ロール型定着装置において定着速度の高速化要求があり、これを満足するには、定着速度に応じてニップ#領域の幅、即ちニップ#幅を大きくする必要がある。そこで、ニップ幅を大きくする為の方法としては、 ロール間の荷重を大きくする方法、定着ロールの弾性層の層厚を厚くする方法、 または定着ロールと加圧ロールのロール径を大きくする方法等がある。しかしながら、これらの方法で対応できる定着速度には限界があり、それ以上の高速定着領域においては、加熱ロール・ベルト型定着装置が開発されている。
【０００５】
上記の加熱ロール・ベルト型定着装置に用いる加圧ベルトは、主に大きく2つに類別される。 すなはち、１）エンドレスベルト状のベースフィルムの上に、プライマーと呼ばれる接着剤を塗布した後、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や、テトラフルオロエチレンとパーフルオロエチレンの共重合体(PFA)等のフッ素樹脂を薄くコーティングしたフッ素樹脂被覆ベルトと、２）エンドレスベルト状のベースフィルムの上に、プライマーを介してシリコーンゴムやフッ素ゴム等を薄く被覆したシリコーンゴム被覆ベルト、またはフッ素ゴム被覆ベルトとに分けられる。
【０００６】
これらのベルトのうち、フッ素樹脂被覆ベルトは、表面の離型性は高いが、フッ素樹脂材料自体が硬い為、高画質化、特にカラー定着には適さないという問題や離型剤オイルとして使用される変性シリコーンオイルを撥くという問題を有している。また、シリコーンゴム被覆ベルトは、その材料内部にフリーオイルと呼ばれるシリコーンオイルが含まれ、これらが離型性に対し、多大な影響を持ち、フリーオイルの多いもの程、高離型性を示す。しかしながら、一方でフリーオイルの存在は、ゴム強度の低下や、またフリーオイルが放出されることにより、ベルト外形が変化するという問題を有している。
【０００７】
一方、 フッ素ゴムは、非常に丈夫で耐摩耗性が高く、また弾性を有しているので高画質適性において優れている。しかしながら、フッ素ゴムは、それ自体が離型剤オイルとして通常使用されるポリジメチルシロキサンオイル(シリコーンオイル）を撥く性質を有するので、トナー像との間にオイルの離型層が形成されにくい。そのためフッ素ゴムとポリジメチルシロキサンオイル(シリコーンオイル）との組み合わせでは、カラートナーの様な低融点、高発色トナーに対して離型性が悪く、使用することができない。この点を改善するものとして、ポリジメチルシロキサンオイルの一部をメルカプト基：−SH2またはアミノ基：−NH2で置換した変性シリコーンオイルを使用することが提案されている。 この場合、上記のメルカプト基またはアミノ基の官能基が、フッ素ゴムの中に含まれる金属酸化物(MgO，PbO等)や二重結合と反応し、シリコーンオイルの分子レベルの膜がベルト表面に形成され、これが離型層となってベルト表面を高離型性表面に改質する。
【０００８】
しかしながら、この高離型表面改質性を有するシリコーンオイルは、同時に複写シートや、両面コピー時の給紙ロール表面をも高離型化してしまう為、得られる複写シートに文房具テープ類を付着させることができなかったり、給紙ロールにより円滑に給紙が行われなかったりするという問題点を有している。そのために、使用するシリコーンオイルの量を減らしたり、または、シリコーンオイルを殆ど使用しないことが検討されているが、この様な場合、ベルト表面にフッ素ゴムが持つゴム特有の粘着性が現れ、コピー用紙表面、特に表面がコート剤により処理され、表面平滑性が高まったコート紙表面とベルト表面が粘着し、定着後にコート紙を剥離できないという問題が発生している。そこで、使用するシリコーンオイルの量を減らしたり、または、シリコーンオイルを殆ど使用しない条件においても高離型性、低粘着性表面を有する定着ベルトが求められている。
【０００９】
そのような高離型性、低粘着性表面を有する定着部品に関し、オイルによる効果が少なくなる場合に、トナーと定着部品表面間の付着力とコピー用紙と定着部品表面間の粘着力とを減少させることが提案されている。その為の手段として、定着部品表面に設けるフッ素ゴム材料やフッ素樹脂材料をさらに低表面エネルギー化、低粘着性化する様な試みが行われている。例えば、特開平6-250553号公報には、パーオキシド架橋フッ素ゴムに低分子量四フッ化エチレン樹脂をフッ素ゴム100重量部あたり 60重量部以上配合する定着ロールが提案されている。 また、特開平9-185279号公報、特開平8-160795号公報および特開平9-12816号公報には、フッ素樹脂塗料とフッ素ゴム塗料を約1：1に混合して焼き付ける定着ロールが提案されている。また、特公平6-34131号公報および特公平6-80472号公報には、フッ素樹脂塗料とフッ素ゴム塗料を混合して焼き付け、離型層表面の最外層にフッ素樹脂成分が集中した定着ロールが提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの定着部品の表面層を形成するゴム組成物には、次の様な問題点があった。すなわち、フッ素ゴム中にPTFE、PFA等のフッ素樹脂を添加した場合、その添加量が過剰になると本来、フッ素ゴムの持っているゴム強度等の物理的特性、伸びやゴム弾性が低下することにより、トナー像を均一に定着することができず、特にカラートナー像では、高画質適性が得られないという問題がある。また、フッ素ゴム塗料とフッ素樹脂塗料を混合、塗布し、焼き付ける場合、焼き付けの際の高温により、ベルトのベース基材や混合されたフッ素ゴムが劣化するという問題があった。また、離型層表面の最外層にフッ素樹脂成分を集中させた場合、集中したフッ素樹脂により表面が硬化し、トナー像を均一に定着することができなくなるという問題や、実際にコピーし、定着信頼性テストを行った場合、離型層表面最外層に集中したフッ素樹脂成分が摩耗、消滅し、その効果がなくなってしまうという問題があった。さらにフッ素ゴム塗料とフッ素樹脂塗料を混合、塗布し、焼き付けた場合、焼き付ける際の高温によってフッ素樹脂成分を溶融、凝固させる為に平滑な表面になり、本来定着部品に期待されている低粘着性表面実現の為の表面粗さが得られないという問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、従来の加熱ロール・ベルト型定着装置の前記諸問題点を改善すること、すなわち、高画質適性、機械的強度、耐久性、表面粘着性を改善することを目的としてなされたものである。したがって、本発明の目的は、 トナーに対する離型性能を向上させると共に高画質適性、機械的強度、耐久性、表面粘着性をも改善させた加熱ロール・ベルト型定着装置に関する。
【００１２】
すなわち、本発明の加熱ロール・ベルト型定着装置は、表面層が耐熱性および耐離型性を有する加熱ロールと前記加熱ロールに圧接する加圧ベルトとよりなる一対の定着システムを有し、該一対の定着システムにより形成されるニップ域に未定着トナー像を支持する支持体を通過させ、熱および圧力によって定着を行なう加熱ロール・ベルト型定着装置において、該一対の定着システムのうち加圧ベルトは、表面層が、フッ素ゴム１００重量部当たり、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を３０〜４０重量部を配合したフッ素ゴム組成物のポリオール加硫物よりなることを特徴とする。
また、上記の加熱ロール・ベルト型定着装置における加圧ベルトにおいて、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の粒径が0.01μm〜5μmの範囲であることが好ましく、それぞれの表面層は、表面粗さRzが0.5μm〜10μm、表面グロスが４０〜６０の範囲であるのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳述する。
本発明の加圧ベルトに用いられるフッ素ゴムは、加硫可能なフッ素化された弾性状重合体であって、従来公知のフッ素ゴムであれば如何なるものでも使用することができる。例えば、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体(VDF−HFP)、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン3元共重合体(VDF−HFP−TFE)、四フッ化エチレンプロピレン共重合体(TFE−PP)、フッ化ビニリデン−フォスファゼンプロピレン(VDF−PHP)等があげられる。
【００１４】
また、本発明の加圧ベルトに用いるゴム組成物には、加硫の為に、一般的ゴム用配合剤である加硫促進剤、加硫促進助剤、架橋助剤、加硫活性剤等として公知の有機、無機化合物を使用することができる。具体的には、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、トリアリルイソシアネート等を含有させることができる。 これらの添加量は、生ゴム100重量部に対して 1〜5重量部の範囲である。
【００１５】
また、ゴム用充填剤または補強剤として知られているカーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、クレー、タルク等の無機化合物を配合することもできる。ただし、一般に高表面エネルギー物質として知られているシリカ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物を用いる場合には、その配合量を最小限にとどめるべきである。
【００１６】
本発明において、上記のフッ素ゴムよりなるゴム組成物には、フッ素樹脂微粒子、好ましくは、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子が配合される。使用することができる四フッ化エチレン樹脂微粒子は 103〜105のオータ゛ーの分子量を有する四フッ化エチレンのポリマーで、ゴム、プラスチック、オイル、インク、塗料等の摩擦係数低下、耐摩耗性向上の為の添加剤として使用されてきたものであり、ルブロン L-2，L-5，L-5F(ダイキンン工業社製)、MP-1100，1200，1300，1400，1500，TLP-10F(三井デュポンフロロケミカル社製)等が上市されている。
【００１７】
低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の粒径は、0.01μm〜5μmが好ましく、より好ましくは０．１μm〜３μm，更に好ましくは０．１μm〜１μmである。低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の粒径が、0.01μmより小さくなると、粉末の表面積が大きくなり、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子をフッ素ゴム中へ添加、分散することが困難となる。また、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の粒径が5μmより大きくなると、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を添加したフッ素ゴムからなる表面層が粗くなりすぎるという問題が発生する。
【００１８】
また、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の配合割合は適宜設定することができるが、好ましくはフッ素ゴム 100重量部当たり30 〜 40 重量部の範囲に設定される。低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の配合割合が、30 重量部より低くなると、添加効果が発現されず、また 40 重量部より多くなると本来、フッ素ゴムの持っているゴム強度等の物理的特性が低下し、伸びやゴム弾性の低下が発生する問題が発生する。したがって、定着ロールの場合、ソフトロール特有の用紙のセルフストリッピング性が低下するという問題があり、定着ベルトの場合、ゴム弾性の低下により画像ズレが発生するという問題がある。
【００１９】
また、この低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を層内に均一に配合したフッ素ゴムよりなるゴム組成物の加硫物からなる表面層の表面粗さRzは好ましくは0.5μm〜10μmである。また、ゴム組成物の加硫物からなる表面層の表面グロスは好ましくは40〜60、より好ましく５０〜６０、さらに好ましくは５０〜５５である。表面粗さが0.5μmより小さくなると、表面層における粗さによる低粘着性表面を実現する効果が得られなくなり、10μmより大きくなると、ベルト表面のグロスが低下し、両面印刷時の定着画像グロスが低下するという問題が発生する。また、表面層の表面グロスが40より低くなると、両面印刷時の定着画像グロスが低下するという問題が発生し、60より高くなると表面層の光沢による表面粘着性を呈するという問題が発生する。
【００２０】
本発明において、上記ゴム組成物は、それを加硫して加硫物とした形で表面層に供される。上記ゴム組成物の加硫方法としては、ポリオール加硫タイプが使用される。 加硫条件は公知の条件が使用される。
【００２１】
本発明の加圧ベルトにおいては、エンドレスベルト状のベース基材の外周に、直接、もしくは中間層としての耐熱性弾性層を介して、その外周面に上記ゴム組成物の加硫物よりなる表面層が形成される。
【００２２】
ベース基材としては、この加圧ベルトを張架する支持ロールや圧力ロールを巻回するのに適した強度を有するものであればよく、例えば、高分子フィルム、金属フィルム、セラミックスフィルム、ガラス繊維フィルムあるいはこれらいずれか2種以上を複合して得られた複合化フィルムを使用することができる。 そして、上記の高分子フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、ポリカーボネイト類、ポリイミド類、ポリフッ化ビニルやポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマー類、ナイロン等のポリアミド類、ポリスチレンやポリアクリル類、ポリエチレンやポリプロピレン類、ポリ酢酸セルロース類等のセルロース変性物類、ポリサルホン類、ポリキシリレン類、ポリアセタール類等のシート状あるいはクロス状成形物等を挙げることができ、更には汎用高分子シートにフッ素系、シリコーン系、架橋性ポリマー等の耐熱樹脂層を積層して得られた高分子複合化物を挙げることができる。また、このような高分子フィルムは、金属、セラミックス等で形成される耐熱層と複合化してもよく、また、内部に粒状、針状、繊維状等のカーボンブラック、グラファイト、アルミナ、シリコーン、カーバイト、ボロンナイトライド等の熱伝導性向上剤を添加したり、必要に応じて内部もしくは表面に導電化剤、帯電防止剤、剥離剤、補強剤等の添加剤を添加、もしくは適用してもよい。更に、上記の高分子フィルムの他に、例えばコンデンサー紙、グラシン紙等の紙類や、セラミックス系フィルムや、ガラス繊維でクロス状に成形したガラス繊維フィルムや、ステンレスフィルムや、ニッケルフィルム等の金属フィルムが使用できる。
【００２３】
また、ベース基材の外周面に設けられる耐熱性弾性体層としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を使用することができるが、特にシリコーンゴムよりなる弾性体層が好ましい。耐熱弾性体層の厚さは、一般に 0.5〜5mmの範囲が好ましい。
また、耐熱弾性体層の外周面に設ける上記ゴム組成物よりなる表面層の膜厚は、 1〜300μmの範囲に設定することが好ましい。
【００２４】
本発明で使用される加圧ベルトは、基材の外周面に表面層、もしくは中間層を形成する前処理として基材表面に対して表面処理が施されることが一般的であり、この表面処理としては、アルカリ処理、超音波処理、エッチング#処理等のウエット処理やコロナ処理、プラズマ処理、紫外線(UV)照射処理、電子線照射処理、レーザー照射処理等のドライ処理があげられ、これらの処理は単独で、もしくは組み合わせて行なわれる。
【００２５】
次に、本発明の加熱ロール・ベルト型定着装置について、図面を参考にして説明する。
図１は、本発明の加熱ロール・ベルト型定着装置の概略の構成を示すものであって、図中、定着ユニットとして、定着ロール１および加圧ベルト２が対向して設けられ、圧接してニップが形成されている。定着ロール1は、内部にヒーターランプ 1dを有する金属製の中空芯金コア1aに耐熱性弾性体層1bおよび表面層 1cが形成されて構成されている。
【００２６】
本発明において、表面層1cは、上記した様に、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を配合したフッ素ゴムよりなるゴム組成物の加硫物より構成されている。 定着ロール１の表面には、離型剤オイルを塗布するための離型剤塗布装置５、ロール表面をクリーニングするためのクリーニング装置６、ロールを表面から加熱するための外部加熱装置７、定着後の用紙を剥離するための剥離爪８、 ロール表面の温度を制御するための温度センサー９が設けられている。
【００２７】
また、加圧ベルト２は、２本の支持ロール10と1本の加圧ロール11とにより張架されている。また、支持ロール10は内部にヒーターランプ 2dを有する。 ４は、普通紙等の支持体３上に形成された未定着トナー像である。
【００２８】
【実施例】
（ゴム組成物）
本発明のゴム組成物には、表 1に示すゴム組成物を用いた。 なお、表 1におけるフッ素ゴムとして、 ゴム組成物 1および比較ゴム組成物 1-1においては、それぞれパーオキサイド加硫タイプG-952(ダイキン工業社製)、ゴム組成物２と３および比較ゴム組成物２−２と３−１においては、ポリオール加硫タイプG-702(ダイキン工業社製)を用いた。 また、金属酸化物としては酸化マグネシウム(協和化学工業社製)、過酸化物としては、パーオキサイド・パーヘキサ(日本油脂社製)、加硫助剤としては、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)(ダイキン工業社製)を用いた。
ゴム組成物１, ゴム組成物２およびゴム組成物３では、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子として、それぞれＭＰ−１３００（三井フロロケミカル社製）ルブロンＬ−５Ｆ（ダイキン社製）、ルブロンＬ−５（ダイキン社製）を用いた。比較ゴム組成物１−２、２−２、および３−２においてはフッ素ゴム水性塗料、フッ素樹脂水性塗料としてダイエルGLS(ダイキン工業社製)を使用した。
【００２９】
【表１】
【００３０】
（ゴム組成物１，２，３および比較ゴム組成物１，２，３）
表 1に示す組成のゴム組成物をポリイミドシートサンプル上に２００μmの厚みにコーティングし、ゴム組成物１，２，３および比較ゴム組成物１−１，２−１，３−１は２３０℃で３時間、比較ゴム組成物１−２，２−２，３−２は３００℃で1時間焼き付けを行いシート状のサンプルを作製した。 得られたシート状サンプルの表面について、コピー紙に対する摩擦係数、表面微小硬度、表面粗さＲｚ、表面グロス、純水の接蝕角を測定した。測定方法を下記に示す。
【００３１】
＜物性測定方法＞
(1) 表面摩擦係数測定
新東科学(株)製表面摩擦係数測定機 HEIDONを使用し、コピー用紙とサンプルを面接触させ、コピー用紙を可動、サンプルを固定し、荷重50ｇ、移動スピード1mm/secの条件で測定した。
(2) 表面微小硬度測定
島津製作所(株)製表面微小硬度計を使用し、サンプル表面にヌープ圧子を1.5mNの荷重で押し込み、10sec保持した際の押し込み深さを測定した。
(3) 表面粗さＲｚ測定
東京精密(株)製表面粗さ測定機を使用し、サンプル表面に測定子を荷重0.07gで接蝕させ、トラバーススピード0.03mm/secで 2.5mm移動させて測定した。
測定倍率は水平方向×50，垂直方向×5000に設定した。
(4) 表面グロス測定
Gardner(株)製マイクログロスメーターを使用し、サンプル表面にマイクログロスメーターを密着させ、入射/反射角：75°/75°の条件で測定した。
(5) 表面接触角測定
協和界面科学(株)製表面接触角測定機を使用し、サンプル表面にイオン交換水の水滴を滴下し、その水滴とサンプル表面との接蝕角を側面より測定した。
測定結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】
これらの結果から、ゴム組成物１，２，および３の場合には、比較ゴム組成物１−１，２−２，および３−１と比較して、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を添加することによって、フッ素ゴム表面の摩擦係数(対コピー紙)が低下し、表面粘着性が低くなり、表面の撥水性も著しく改善されていることが判る。
比較ゴム組成物１−２，２−２，および３−２の場合には、摩擦係数(対コピー紙)は低下しているが、 表面硬度が高くなっていることが判る。
これらの結果、ゴム組成物１，２，および３のゴム組成物の加硫物からなる表面層を有する定着ロールでは、高画質適性、機械的強度、耐久性、表面粘着性を改善しうることを示している。
【００３４】
上記したゴム組成物の特性を基にこれらのゴム組成物を用いた加圧ベルトを作製し、実機による効果を調べた。
（実施例１）
加熱ロール1として金属製の中空の芯金コア1aに高熱伝導性のシリコーンゴムよりなる耐熱性弾性層体 1b(ゴム硬度 33°)を3mmの厚さに形成した下地ロールの上に、比較ゴム組成物２−１のゴム組成物を30μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行い、離型層 1cを形成したものを用いた。
加圧ベルト２として、ポリイミド製エンドレスベルト状のベース基材上に、ゴム組成物２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、加熱ロールの場合と同様に、230℃で3時間焼き付けを行い、離型層 2cを形成したものを用いた。
これらの定着ユニットは、それぞれ内部に800W、250Wのハロゲンランプ 1d，2dが設けられており、加熱ロール、加圧ロールの表面温度をそれぞれ170℃、120℃、定着スピードを220mm/sec、ニップ幅を10mmに設定した。また、加熱ロール表面に離型剤オイルを供給する為の離型剤塗布装置５を設けた。そして離型剤オイルとして、富士ゼロックス社製カラーフューザーオイルを定着ロール表面に1.5μl/A4サイズの量になる様に供給した。 トナーとして富士ゼロックス社製レスオイル用カラートナー(シアン色)を使用し、 同様に富士ゼロックス社製コート紙上に形成された未定着トナー像を、加熱ロール１と加圧ベルト２２によって形成されるニップ#域に導入して通過させ、熱および圧力によって定着させ、その定着状態を評価した。なお、未定着トナー像のトナー密度は 1.5mg/cm2であった。
【００３５】
その結果、20000枚のコピー定着テスト中、ベルト表面からの用紙剥離不良トラブルは1度も発生しなかった。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラは認められず、高画質適性を有していた。さらに、この定着テスト後でも加圧ベルトに摩耗は認められなかった。
【００３６】
（比較例１−１）
実施例１における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物２−１のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から30枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。
【００３７】
（比較例１−２）
実施例１における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物２−２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、300℃で1時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から14000枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラも認められた。さらに、20000枚のコピー定着後、加圧ベルト表面の摩耗が認められた。
【００３８】
（実施例２）
実施例１における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記ゴム組成物３のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、20000枚のコピー定着テスト中、ベルト表面からの用紙剥離不良トラブルは１度も発生しなかった。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラは認められず、高画質適性を有していた。 さらに、この定着テスト後でも加圧ベルトに摩耗は認められなかった。
【００３９】
（比較例２−１）
実施例２における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物３−１のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から30枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。
【００４０】
（比較例２−２）
実施例２における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物３−２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、300℃で1時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から12000枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラも認められた。さらに、20000枚のコピー定着後、加圧ベルト表面の摩耗が認められた。
【００４１】
（実施例３）
加熱ロール１として金属製の中空の芯金コア 1aに高熱伝導性のシリコーンゴムよりなる耐熱性弾性層体 1b(ゴム硬度 33°)を３mmの厚さに形成した下地ロールの上に、比較ゴム組成物２−１のゴム組成物を30μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行い、離型層 1cを形成したものを用いた。加圧ベルト２として、ポリイミド製エンドレスベルト状のベース基材上に、ゴム組成物２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、加熱ロールの場合と同様に、230℃で3時間焼き付けを行い、離型層 2cを形成したものを用いた。
これらの定着ユニットは、それぞれ内部に800W、250Wのハロゲンランプ 1d，2dが設けられており、加熱ロール、加圧ロールの表面温度をそれぞれ170℃、120℃、定着スピードを220mm/sec、ニップ幅を10mmに設定した。
また、加熱ロール表面に離型剤オイルを供給せず、トナーとして富士ゼロックス社製オオイルレス用カラートナー(シアン色)を使用し、 同様に富士ゼロックス社製コート紙上に形成された未定着トナー像を、加熱ロール１と加圧ベルト２によって形成されるニップ域に導入して通過させ、熱および圧力によって定着させ、その定着状態を評価した。
なお、未定着トナー像のトナー密度は1.5mg/cm2であった。
その結果、20000枚のコピー定着テスト中、ベルト表面からの用紙剥離不良トラブルは1度も発生しなかった。また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラは認められず、高画質適性を有していた。 さらに、この定着テスト後でも加圧ベルトに摩耗は認められなかった。
【００４２】
（比較例３−１）
実施例３における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物２−１のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例３と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から10枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。
【００４３】
（比較例３−２）
実施例３における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物２−２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、300℃で1時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルトト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例３と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から8000枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラも認められた。さらに、20000枚のコピー定着後、加圧ベルト表面の摩耗が認められた。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、トナーに対する離型性能を向上させると共に高画質適性、機械的強度、耐久性、表面粘着性をも改善両立させることができる加熱ロール・ベルト型定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の加熱ロール・ベルト型定着装置の一実施の形態を示す概略的構成図である。
【符号の説明】
１ 定着ロール
１ａ 中空ロール
１ｂ 弾性層
１ｃ 耐油耐熱離型層
１ｄ 加熱源
２ 加圧ベルト（エンドレスベルト）
２ｄ 加熱源
３ 記録シート
４ 未定着トナー
５ オイル供給装置
６ クリーニング装置
７ 外部加熱装置
８ 剥離爪
９ 温度センサー
１０ 支持ロール
１１ 圧力ロール
１２ 圧力パッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末トナー像を形成した支持体に、熱と圧力を同時に作用させて、トナー像を融着させる加熱ロール・ベルト型定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真プロセスを利用した複写機等においては、記録シート上に形成された未定着トナー像を定着して永久画像にする必要があり、その定着法として溶剤定着法、圧力定着法、および加熱定着法が知られている。溶剤定着法は、溶剤蒸気が発散し、臭気や衛生上の問題が多いという欠点を有しており、 一方、圧力定着法についても、他の定着法と比べて定着性が悪いという欠点 を有しており、いずれも広くは実用化されていないのが現状である。それゆえ、未定着トナー像の定着には、一般に加熱によってトナーを溶融させ、記録シート上に融着させる加熱定着法が広く採用されている。
【０００３】
従来、加熱定着法に用いる加熱定着装置としては、円筒状芯金の内部にヒーターランプを備え、その外周面に耐熱性離型層を形成した加熱ロールと、この加熱ロール(定着ロール）に対し圧接配置され、円筒状芯金の外周面に耐熱弾性体層を形成した加圧ロールとで構成されており、これら両ロール間に、1〜15kg/cm2、好ましくは 3〜10kg/cm2 の圧力を印加し、未定着トナー像の形成された普通紙等の支持体を挿通させて定着を行う加熱定着ロール方式のものが知られている。この方式に使用される加熱ロール型定着装置は、他の加熱定着法である熱風定着方式やオーブン定着方式のものと比べて、熱効率が高い為、低電力で、高速性に優れ、しかも、紙詰まりによる火災の危険性も少ないこと等から、現在最も広く利用されている。
【０００４】
近年、この様な加熱ロール型定着装置において定着速度の高速化要求があり、これを満足するには、定着速度に応じてニップ#領域の幅、即ちニップ#幅を大きくする必要がある。そこで、ニップ幅を大きくする為の方法としては、 ロール間の荷重を大きくする方法、定着ロールの弾性層の層厚を厚くする方法、 または定着ロールと加圧ロールのロール径を大きくする方法等がある。しかしながら、これらの方法で対応できる定着速度には限界があり、それ以上の高速定着領域においては、加熱ロール・ベルト型定着装置が開発されている。
【０００５】
上記の加熱ロール・ベルト型定着装置に用いる加圧ベルトは、主に大きく2つに類別される。 すなはち、１）エンドレスベルト状のベースフィルムの上に、プライマーと呼ばれる接着剤を塗布した後、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や、テトラフルオロエチレンとパーフルオロエチレンの共重合体(PFA)等のフッ素樹脂を薄くコーティングしたフッ素樹脂被覆ベルトと、２）エンドレスベルト状のベースフィルムの上に、プライマーを介してシリコーンゴムやフッ素ゴム等を薄く被覆したシリコーンゴム被覆ベルト、またはフッ素ゴム被覆ベルトとに分けられる。
【０００６】
これらのベルトのうち、フッ素樹脂被覆ベルトは、表面の離型性は高いが、フッ素樹脂材料自体が硬い為、高画質化、特にカラー定着には適さないという問題や離型剤オイルとして使用される変性シリコーンオイルを撥くという問題を有している。また、シリコーンゴム被覆ベルトは、その材料内部にフリーオイルと呼ばれるシリコーンオイルが含まれ、これらが離型性に対し、多大な影響を持ち、フリーオイルの多いもの程、高離型性を示す。しかしながら、一方でフリーオイルの存在は、ゴム強度の低下や、またフリーオイルが放出されることにより、ベルト外形が変化するという問題を有している。
【０００７】
一方、 フッ素ゴムは、非常に丈夫で耐摩耗性が高く、また弾性を有しているので高画質適性において優れている。しかしながら、フッ素ゴムは、それ自体が離型剤オイルとして通常使用されるポリジメチルシロキサンオイル(シリコーンオイル）を撥く性質を有するので、トナー像との間にオイルの離型層が形成されにくい。そのためフッ素ゴムとポリジメチルシロキサンオイル(シリコーンオイル）との組み合わせでは、カラートナーの様な低融点、高発色トナーに対して離型性が悪く、使用することができない。この点を改善するものとして、ポリジメチルシロキサンオイルの一部をメルカプト基：−SH2またはアミノ基：−NH2で置換した変性シリコーンオイルを使用することが提案されている。 この場合、上記のメルカプト基またはアミノ基の官能基が、フッ素ゴムの中に含まれる金属酸化物(MgO，PbO等)や二重結合と反応し、シリコーンオイルの分子レベルの膜がベルト表面に形成され、これが離型層となってベルト表面を高離型性表面に改質する。
【０００８】
しかしながら、この高離型表面改質性を有するシリコーンオイルは、同時に複写シートや、両面コピー時の給紙ロール表面をも高離型化してしまう為、得られる複写シートに文房具テープ類を付着させることができなかったり、給紙ロールにより円滑に給紙が行われなかったりするという問題点を有している。そのために、使用するシリコーンオイルの量を減らしたり、または、シリコーンオイルを殆ど使用しないことが検討されているが、この様な場合、ベルト表面にフッ素ゴムが持つゴム特有の粘着性が現れ、コピー用紙表面、特に表面がコート剤により処理され、表面平滑性が高まったコート紙表面とベルト表面が粘着し、定着後にコート紙を剥離できないという問題が発生している。そこで、使用するシリコーンオイルの量を減らしたり、または、シリコーンオイルを殆ど使用しない条件においても高離型性、低粘着性表面を有する定着ベルトが求められている。
【０００９】
そのような高離型性、低粘着性表面を有する定着部品に関し、オイルによる効果が少なくなる場合に、トナーと定着部品表面間の付着力とコピー用紙と定着部品表面間の粘着力とを減少させることが提案されている。その為の手段として、定着部品表面に設けるフッ素ゴム材料やフッ素樹脂材料をさらに低表面エネルギー化、低粘着性化する様な試みが行われている。例えば、特開平6-250553号公報には、パーオキシド架橋フッ素ゴムに低分子量四フッ化エチレン樹脂をフッ素ゴム100重量部あたり 60重量部以上配合する定着ロールが提案されている。 また、特開平9-185279号公報、特開平8-160795号公報および特開平9-12816号公報には、フッ素樹脂塗料とフッ素ゴム塗料を約1：1に混合して焼き付ける定着ロールが提案されている。また、特公平6-34131号公報および特公平6-80472号公報には、フッ素樹脂塗料とフッ素ゴム塗料を混合して焼き付け、離型層表面の最外層にフッ素樹脂成分が集中した定着ロールが提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの定着部品の表面層を形成するゴム組成物には、次の様な問題点があった。すなわち、フッ素ゴム中にPTFE、PFA等のフッ素樹脂を添加した場合、その添加量が過剰になると本来、フッ素ゴムの持っているゴム強度等の物理的特性、伸びやゴム弾性が低下することにより、トナー像を均一に定着することができず、特にカラートナー像では、高画質適性が得られないという問題がある。また、フッ素ゴム塗料とフッ素樹脂塗料を混合、塗布し、焼き付ける場合、焼き付けの際の高温により、ベルトのベース基材や混合されたフッ素ゴムが劣化するという問題があった。また、離型層表面の最外層にフッ素樹脂成分を集中させた場合、集中したフッ素樹脂により表面が硬化し、トナー像を均一に定着することができなくなるという問題や、実際にコピーし、定着信頼性テストを行った場合、離型層表面最外層に集中したフッ素樹脂成分が摩耗、消滅し、その効果がなくなってしまうという問題があった。さらにフッ素ゴム塗料とフッ素樹脂塗料を混合、塗布し、焼き付けた場合、焼き付ける際の高温によってフッ素樹脂成分を溶融、凝固させる為に平滑な表面になり、本来定着部品に期待されている低粘着性表面実現の為の表面粗さが得られないという問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、従来の加熱ロール・ベルト型定着装置の前記諸問題点を改善すること、すなわち、高画質適性、機械的強度、耐久性、表面粘着性を改善することを目的としてなされたものである。したがって、本発明の目的は、 トナーに対する離型性能を向上させると共に高画質適性、機械的強度、耐久性、表面粘着性をも改善させた加熱ロール・ベルト型定着装置に関する。
【００１２】
すなわち、本発明の加熱ロール・ベルト型定着装置は、表面層が耐熱性および耐離型性を有する加熱ロールと前記加熱ロールに圧接する加圧ベルトとよりなる一対の定着システムを有し、該一対の定着システムにより形成されるニップ域に未定着トナー像を支持する支持体を通過させ、熱および圧力によって定着を行なう加熱ロール・ベルト型定着装置において、該一対の定着システムのうち加圧ベルトは、表面層が、フッ素ゴム１００重量部当たり、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を３０〜４０重量部を配合したフッ素ゴム組成物のポリオール加硫物よりなることを特徴とする。
また、上記の加熱ロール・ベルト型定着装置における加圧ベルトにおいて、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の粒径が0.01μm〜5μmの範囲であることが好ましく、それぞれの表面層は、表面粗さRzが0.5μm〜10μm、表面グロスが４０〜６０の範囲であるのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳述する。
本発明の加圧ベルトに用いられるフッ素ゴムは、加硫可能なフッ素化された弾性状重合体であって、従来公知のフッ素ゴムであれば如何なるものでも使用することができる。例えば、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体(VDF−HFP)、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン3元共重合体(VDF−HFP−TFE)、四フッ化エチレンプロピレン共重合体(TFE−PP)、フッ化ビニリデン−フォスファゼンプロピレン(VDF−PHP)等があげられる。
【００１４】
また、本発明の加圧ベルトに用いるゴム組成物には、加硫の為に、一般的ゴム用配合剤である加硫促進剤、加硫促進助剤、架橋助剤、加硫活性剤等として公知の有機、無機化合物を使用することができる。具体的には、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、トリアリルイソシアネート等を含有させることができる。 これらの添加量は、生ゴム100重量部に対して 1〜5重量部の範囲である。
【００１５】
また、ゴム用充填剤または補強剤として知られているカーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、クレー、タルク等の無機化合物を配合することもできる。ただし、一般に高表面エネルギー物質として知られているシリカ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物を用いる場合には、その配合量を最小限にとどめるべきである。
【００１６】
本発明において、上記のフッ素ゴムよりなるゴム組成物には、フッ素樹脂微粒子、好ましくは、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子が配合される。使用することができる四フッ化エチレン樹脂微粒子は 103〜105のオータ゛ーの分子量を有する四フッ化エチレンのポリマーで、ゴム、プラスチック、オイル、インク、塗料等の摩擦係数低下、耐摩耗性向上の為の添加剤として使用されてきたものであり、ルブロン L-2，L-5，L-5F(ダイキンン工業社製)、MP-1100，1200，1300，1400，1500，TLP-10F(三井デュポンフロロケミカル社製)等が上市されている。
【００１７】
低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の粒径は、0.01μm〜5μmが好ましく、より好ましくは０．１μm〜３μm，更に好ましくは０．１μm〜１μmである。低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の粒径が、0.01μmより小さくなると、粉末の表面積が大きくなり、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子をフッ素ゴム中へ添加、分散することが困難となる。また、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の粒径が5μmより大きくなると、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を添加したフッ素ゴムからなる表面層が粗くなりすぎるという問題が発生する。
【００１８】
また、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の配合割合は適宜設定することができるが、好ましくはフッ素ゴム 100重量部当たり30 〜 40 重量部の範囲に設定される。低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の配合割合が、30 重量部より低くなると、添加効果が発現されず、また 40 重量部より多くなると本来、フッ素ゴムの持っているゴム強度等の物理的特性が低下し、伸びやゴム弾性の低下が発生する問題が発生する。したがって、定着ロールの場合、ソフトロール特有の用紙のセルフストリッピング性が低下するという問題があり、定着ベルトの場合、ゴム弾性の低下により画像ズレが発生するという問題がある。
【００１９】
また、この低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を層内に均一に配合したフッ素ゴムよりなるゴム組成物の加硫物からなる表面層の表面粗さRzは好ましくは0.5μm〜10μmである。また、ゴム組成物の加硫物からなる表面層の表面グロスは好ましくは40〜60、より好ましく５０〜６０、さらに好ましくは５０〜５５である。表面粗さが0.5μmより小さくなると、表面層における粗さによる低粘着性表面を実現する効果が得られなくなり、10μmより大きくなると、ベルト表面のグロスが低下し、両面印刷時の定着画像グロスが低下するという問題が発生する。また、表面層の表面グロスが40より低くなると、両面印刷時の定着画像グロスが低下するという問題が発生し、60より高くなると表面層の光沢による表面粘着性を呈するという問題が発生する。
【００２０】
本発明において、上記ゴム組成物は、それを加硫して加硫物とした形で表面層に供される。上記ゴム組成物の加硫方法としては、ポリオール加硫タイプが使用される。 加硫条件は公知の条件が使用される。
【００２１】
本発明の加圧ベルトにおいては、エンドレスベルト状のベース基材の外周に、直接、もしくは中間層としての耐熱性弾性層を介して、その外周面に上記ゴム組成物の加硫物よりなる表面層が形成される。
【００２２】
ベース基材としては、この加圧ベルトを張架する支持ロールや圧力ロールを巻回するのに適した強度を有するものであればよく、例えば、高分子フィルム、金属フィルム、セラミックスフィルム、ガラス繊維フィルムあるいはこれらいずれか2種以上を複合して得られた複合化フィルムを使用することができる。 そして、上記の高分子フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、ポリカーボネイト類、ポリイミド類、ポリフッ化ビニルやポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマー類、ナイロン等のポリアミド類、ポリスチレンやポリアクリル類、ポリエチレンやポリプロピレン類、ポリ酢酸セルロース類等のセルロース変性物類、ポリサルホン類、ポリキシリレン類、ポリアセタール類等のシート状あるいはクロス状成形物等を挙げることができ、更には汎用高分子シートにフッ素系、シリコーン系、架橋性ポリマー等の耐熱樹脂層を積層して得られた高分子複合化物を挙げることができる。また、このような高分子フィルムは、金属、セラミックス等で形成される耐熱層と複合化してもよく、また、内部に粒状、針状、繊維状等のカーボンブラック、グラファイト、アルミナ、シリコーン、カーバイト、ボロンナイトライド等の熱伝導性向上剤を添加したり、必要に応じて内部もしくは表面に導電化剤、帯電防止剤、剥離剤、補強剤等の添加剤を添加、もしくは適用してもよい。更に、上記の高分子フィルムの他に、例えばコンデンサー紙、グラシン紙等の紙類や、セラミックス系フィルムや、ガラス繊維でクロス状に成形したガラス繊維フィルムや、ステンレスフィルムや、ニッケルフィルム等の金属フィルムが使用できる。
【００２３】
また、ベース基材の外周面に設けられる耐熱性弾性体層としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を使用することができるが、特にシリコーンゴムよりなる弾性体層が好ましい。耐熱弾性体層の厚さは、一般に 0.5〜5mmの範囲が好ましい。
また、耐熱弾性体層の外周面に設ける上記ゴム組成物よりなる表面層の膜厚は、 1〜300μmの範囲に設定することが好ましい。
【００２４】
本発明で使用される加圧ベルトは、基材の外周面に表面層、もしくは中間層を形成する前処理として基材表面に対して表面処理が施されることが一般的であり、この表面処理としては、アルカリ処理、超音波処理、エッチング#処理等のウエット処理やコロナ処理、プラズマ処理、紫外線(UV)照射処理、電子線照射処理、レーザー照射処理等のドライ処理があげられ、これらの処理は単独で、もしくは組み合わせて行なわれる。
【００２５】
次に、本発明の加熱ロール・ベルト型定着装置について、図面を参考にして説明する。
図１は、本発明の加熱ロール・ベルト型定着装置の概略の構成を示すものであって、図中、定着ユニットとして、定着ロール１および加圧ベルト２が対向して設けられ、圧接してニップが形成されている。定着ロール1は、内部にヒーターランプ 1dを有する金属製の中空芯金コア1aに耐熱性弾性体層1bおよび表面層 1cが形成されて構成されている。
【００２６】
本発明において、表面層1cは、上記した様に、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を配合したフッ素ゴムよりなるゴム組成物の加硫物より構成されている。 定着ロール１の表面には、離型剤オイルを塗布するための離型剤塗布装置５、ロール表面をクリーニングするためのクリーニング装置６、ロールを表面から加熱するための外部加熱装置７、定着後の用紙を剥離するための剥離爪８、 ロール表面の温度を制御するための温度センサー９が設けられている。
【００２７】
また、加圧ベルト２は、２本の支持ロール10と1本の加圧ロール11とにより張架されている。また、支持ロール10は内部にヒーターランプ 2dを有する。 ４は、普通紙等の支持体３上に形成された未定着トナー像である。
【００２８】
【実施例】
（ゴム組成物）
本発明のゴム組成物には、表 1に示すゴム組成物を用いた。 なお、表 1におけるフッ素ゴムとして、 ゴム組成物 1および比較ゴム組成物 1-1においては、それぞれパーオキサイド加硫タイプG-952(ダイキン工業社製)、ゴム組成物２と３および比較ゴム組成物２−２と３−１においては、ポリオール加硫タイプG-702(ダイキン工業社製)を用いた。 また、金属酸化物としては酸化マグネシウム(協和化学工業社製)、過酸化物としては、パーオキサイド・パーヘキサ(日本油脂社製)、加硫助剤としては、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)(ダイキン工業社製)を用いた。
ゴム組成物１, ゴム組成物２およびゴム組成物３では、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子として、それぞれＭＰ−１３００（三井フロロケミカル社製）ルブロンＬ−５Ｆ（ダイキン社製）、ルブロンＬ−５（ダイキン社製）を用いた。比較ゴム組成物１−２、２−２、および３−２においてはフッ素ゴム水性塗料、フッ素樹脂水性塗料としてダイエルGLS(ダイキン工業社製)を使用した。
【００２９】
【表１】
（ゴム組成物１，２，３および比較ゴム組成物１，２，３）
表 1に示す組成のゴム組成物をポリイミドシートサンプル上に２００μmの厚みにコーティングし、ゴム組成物１，２，３および比較ゴム組成物１−１，２−１，３−１は２３０℃で３時間、比較ゴム組成物１−２，２−２，３−２は３００℃で1時間焼き付けを行いシート状のサンプルを作製した。 得られたシート状サンプルの表面について、コピー紙に対する摩擦係数、表面微小硬度、表面粗さＲｚ、表面グロス、純水の接蝕角を測定した。測定方法を下記に示す。
【００３１】
＜物性測定方法＞
(1) 表面摩擦係数測定
新東科学(株)製表面摩擦係数測定機 HEIDONを使用し、コピー用紙とサンプルを面接触させ、コピー用紙を可動、サンプルを固定し、荷重50ｇ、移動スピード1mm/secの条件で測定した。
(2) 表面微小硬度測定
島津製作所(株)製表面微小硬度計を使用し、サンプル表面にヌープ圧子を1.5mNの荷重で押し込み、10sec保持した際の押し込み深さを測定した。
(3) 表面粗さＲｚ測定
東京精密(株)製表面粗さ測定機を使用し、サンプル表面に測定子を荷重0.07gで接蝕させ、トラバーススピード0.03mm/secで 2.5mm移動させて測定した。
測定倍率は水平方向×50，垂直方向×5000に設定した。
(4) 表面グロス測定
Gardner(株)製マイクログロスメーターを使用し、サンプル表面にマイクログロスメーターを密着させ、入射/反射角：75°/75°の条件で測定した。
(5) 表面接触角測定
協和界面科学(株)製表面接触角測定機を使用し、サンプル表面にイオン交換水の水滴を滴下し、その水滴とサンプル表面との接蝕角を側面より測定した。
測定結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
これらの結果から、ゴム組成物１，２，および３の場合には、比較ゴム組成物１−１，２−２，および３−１と比較して、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を添加することによって、フッ素ゴム表面の摩擦係数(対コピー紙)が低下し、表面粘着性が低くなり、表面の撥水性も著しく改善されていることが判る。
比較ゴム組成物１−２，２−２，および３−２の場合には、摩擦係数(対コピー紙)は低下しているが、 表面硬度が高くなっていることが判る。
これらの結果、ゴム組成物１，２，および３のゴム組成物の加硫物からなる表面層を有する定着ロールでは、高画質適性、機械的強度、耐久性、表面粘着性を改善しうることを示している。
【００３４】
上記したゴム組成物の特性を基にこれらのゴム組成物を用いた加圧ベルトを作製し、実機による効果を調べた。
（実施例１）
加熱ロール1として金属製の中空の芯金コア1aに高熱伝導性のシリコーンゴムよりなる耐熱性弾性層体 1b(ゴム硬度 33°)を3mmの厚さに形成した下地ロールの上に、比較ゴム組成物２−１のゴム組成物を30μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行い、離型層 1cを形成したものを用いた。
加圧ベルト２として、ポリイミド製エンドレスベルト状のベース基材上に、ゴム組成物２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、加熱ロールの場合と同様に、230℃で3時間焼き付けを行い、離型層 2cを形成したものを用いた。
これらの定着ユニットは、それぞれ内部に800W、250Wのハロゲンランプ 1d，2dが設けられており、加熱ロール、加圧ロールの表面温度をそれぞれ170℃、120℃、定着スピードを220mm/sec、ニップ幅を10mmに設定した。また、加熱ロール表面に離型剤オイルを供給する為の離型剤塗布装置５を設けた。そして離型剤オイルとして、富士ゼロックス社製カラーフューザーオイルを定着ロール表面に1.5μl/A4サイズの量になる様に供給した。 トナーとして富士ゼロックス社製レスオイル用カラートナー(シアン色)を使用し、 同様に富士ゼロックス社製コート紙上に形成された未定着トナー像を、加熱ロール１と加圧ベルト２２によって形成されるニップ#域に導入して通過させ、熱および圧力によって定着させ、その定着状態を評価した。なお、未定着トナー像のトナー密度は 1.5mg/cm2であった。
【００３５】
その結果、20000枚のコピー定着テスト中、ベルト表面からの用紙剥離不良トラブルは1度も発生しなかった。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラは認められず、高画質適性を有していた。さらに、この定着テスト後でも加圧ベルトに摩耗は認められなかった。
【００３６】
（比較例１−１）
実施例１における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物２−１のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から30枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。
【００３７】
（比較例１−２）
実施例１における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物２−２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、300℃で1時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から14000枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラも認められた。さらに、20000枚のコピー定着後、加圧ベルト表面の摩耗が認められた。
【００３８】
（実施例２）
実施例１における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記ゴム組成物３のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、20000枚のコピー定着テスト中、ベルト表面からの用紙剥離不良トラブルは１度も発生しなかった。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラは認められず、高画質適性を有していた。 さらに、この定着テスト後でも加圧ベルトに摩耗は認められなかった。
【００３９】
（比較例２−１）
実施例２における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物３−１のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から30枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。
【００４０】
（比較例２−２）
実施例２における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物３−２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、300℃で1時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例１と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から12000枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラも認められた。さらに、20000枚のコピー定着後、加圧ベルト表面の摩耗が認められた。
【００４１】
（実施例３）
加熱ロール１として金属製の中空の芯金コア 1aに高熱伝導性のシリコーンゴムよりなる耐熱性弾性層体 1b(ゴム硬度 33°)を３mmの厚さに形成した下地ロールの上に、比較ゴム組成物２−１のゴム組成物を30μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行い、離型層 1cを形成したものを用いた。加圧ベルト２として、ポリイミド製エンドレスベルト状のベース基材上に、ゴム組成物２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、加熱ロールの場合と同様に、230℃で3時間焼き付けを行い、離型層 2cを形成したものを用いた。
これらの定着ユニットは、それぞれ内部に800W、250Wのハロゲンランプ 1d，2dが設けられており、加熱ロール、加圧ロールの表面温度をそれぞれ170℃、120℃、定着スピードを220mm/sec、ニップ幅を10mmに設定した。
また、加熱ロール表面に離型剤オイルを供給せず、トナーとして富士ゼロックス社製オオイルレス用カラートナー(シアン色)を使用し、 同様に富士ゼロックス社製コート紙上に形成された未定着トナー像を、加熱ロール１と加圧ベルト２によって形成されるニップ域に導入して通過させ、熱および圧力によって定着させ、その定着状態を評価した。
なお、未定着トナー像のトナー密度は1.5mg/cm2であった。
その結果、20000枚のコピー定着テスト中、ベルト表面からの用紙剥離不良トラブルは1度も発生しなかった。また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラは認められず、高画質適性を有していた。 さらに、この定着テスト後でも加圧ベルトに摩耗は認められなかった。
【００４２】
（比較例３−１）
実施例３における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物２−１のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、230℃で3時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例３と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から10枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。
【００４３】
（比較例３−２）
実施例３における加圧ベルト２における離型層 2cを、前記比較ゴム組成物２−２のゴム組成物を200μmの厚みにコーティングし、300℃で1時間焼き付けを行った以外は、全く同様の構成の加熱ロール・ベルトト型定着装置を作製した。この装置を用いて、実施例３と同様の条件で未定着像の定着テストを行い、同様に評価した。
その結果、テスト開始から8000枚目で、ベルト表面からの用紙剥離不良が発生した。 また、高画質性に悪影響を及ぼす微小グロスムラも認められた。さらに、20000枚のコピー定着後、加圧ベルト表面の摩耗が認められた。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、トナーに対する離型性能を向上させると共に高画質適性、機械的強度、耐久性、表面粘着性をも改善両立させることができる加熱ロール・ベルト型定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の加熱ロール・ベルト型定着装置の一実施の形態を示す概略的構成図である。
【符号の説明】
１ 定着ロール
１ａ 中空ロール
１ｂ 弾性層
１ｃ 耐油耐熱離型層
１ｄ 加熱源
２ 加圧ベルト（エンドレスベルト）
２ｄ 加熱源
３ 記録シート
４ 未定着トナー
５ オイル供給装置
６ クリーニング装置
７ 外部加熱装置
８ 剥離爪
９ 温度センサー
１０ 支持ロール
１１ 圧力ロール
１２ 圧力パッド
Claims (4)
- 表面層が耐熱性および耐離型性を有する加熱ロールと前記加熱ロールに圧接する加圧ベルトとよりなる一対の定着システムを有し、該一対の定着システムにより形成されるニップ域に未定着トナー像を支持する支持体を通過させ、熱および圧力によって定着を行なう加熱ロール・ベルト型定着装置において、
該一対の定着システムのうち加圧ベルトは、表面層が、フッ素ゴム１００重量部当たり、低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子を３０〜４０重量部を配合したフッ素ゴム組成物のポリオール加硫物よりなることを特徴とする加熱ロール・ベルト型定着装置。 - 前記低分子量四フッ化エチレン樹脂微粒子の粒径が０．０１μm〜５μmの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の加熱ロール・ベルト型定着装置。
- 前記表面層の表面粗さＲｚが０．５μm〜１０μmの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の加熱ロール・ベルト型定着装置。
- 前記表面層の表面グロスが４０〜６０の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の加熱ロール・ベルト型定着装置。
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