JP5479279B2

JP5479279B2 - 加圧ローラ

Info

Publication number: JP5479279B2
Application number: JP2010198772A
Authority: JP
Inventors: 大輔望月; 康嘉大庭
Original assignee: Nissei Electric Co Ltd
Current assignee: Nissei Electric Co Ltd
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-09-06
Also published as: JP2012058310A

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。

近年、トナー像を定着する定着装置として、ヒータを内臓した加熱ローラ（ヒートローラ）と加圧ローラ及び、これらのローラに張架されるエンドレスの定着ベルトからなるベルト定着方式が、ウォーミングアップ時間が短縮でき、省エネの利点もあり、盛んに使用されるようになって来ている。
さらに、高速化への要求も以前にもまして、強くなってきている。
この要求に対応する為には、定着ベルトと加圧ローラとにより形成されるニップ部の幅を大きくすることが必要となるが、その対応策の一つとして、加圧ローラの弾性層の硬度を低硬度にする方法が知られている。
ところが、加圧ローラの弾性層の硬度を低硬度にする弊害として、タック性の問題が生じ、定着ベルトと加圧ローラとの密着性あるいは粘着性が強くなり、定着ベルトが回転中にばたつくという問題があった。
さらに、この現象は、より大きなニップ幅、二ップ圧が必要な大口径の太物の加圧ローラにおいてより顕著に現れる傾向があることが判明した。
一方、トナーとの離型性を改善する方法として、弾性層上にフッ素樹脂（ＰＦＡ）チユーブからなる離型層を被覆した加圧ローラが知られている。（特許文献１）
ところが、通常、弾性層はシリコーンゴム等のゴム部材から構成されており、硬度あるいは収縮率等の伸び特性の異なるフッ素樹脂とは相入れない部材であるため、トナーとの離型性は改善されるものの、ベルトのばたつき、ベルトとの密着（粘着）の問題に対しては解決策とはなっていないのが実状である。
しかも、この方法は弾性層を形成するゴムと離型層を形成するフッ素樹脂間の熱による伸縮率の差により、加圧ローラの長手方向に複数本のしわを生じ、定着されたトナー画像に乱れを生じるという別の問題もある。
従って、高速で大型のベルト式定着装置においても、ベルトのばたつきの発生がなく、
しかも、耐摩耗性および耐久性に優れ、安定した定着画像を実現可能とする加圧ローラが切望されている。

特開２００４−９４０７９号公報

従って、本発明の第一の課題は、高速で大型のベルト式定着装置においても、ベルトのばたつきの発生がなく、しかも、耐摩耗性および耐久性に優れ、安定した定着画像を実現可能とする加圧ローラを提供することにある。

本発明者等は、シリコーンゴム弾性層上に通常、接着剤として使用するシリコーン系プライマーを弾性層上にクラックが入った状態で塗布することに着目した結果、驚くべきことにベルトのばたつきの発生が防止できるとともに、しかも、耐摩耗性および耐久性にも優れた加圧ローラが得られた。

かくして、本発明によれば、ベルト定着装置に使用する加圧ローラであって、芯金上
にシリコーンゴム弾性層が形成され、さらに、シリコーンゴム弾性層の外表面にシリコーン系プライマーがプライマーにクラックが入った状態で塗布されていることを特徴とする加圧ローラが提供される。

上記の構成を採る本発明によれば、以下のような顕著な作用・効果が奏される。
ａ．シリコーンゴム弾性層と相性の良いシリコーン系プライマーをクラックが入った状態で塗布したのでフッ素樹脂の場合と比較し、硬度変化も少なく、樹脂による密着性（粘着性）が改善され、ベルトのばたつき、並びに、ベルトへの損傷が解消される。
ｂ．シリコーンゴムとシリコーン系プライマーは物性が類似し、しかも、接着力を向上させる部材が含有されているので、界面接着強度に優れ、耐磨耗性、並びに、耐久性に優れているとともに、熱膨張差に起因するローラ表面のしわの発生も無く、さらには、しわに起因する画像の乱れも改善される。
ｃ．シリコーン系プライマーの加熱温度あるいは硬化温度はシリコーンゴムの加硫温度とほぼ同じかそれ以下の温度なので、従来のフッ素樹脂の焼成温度と比較し、はるかに低い温度で済むので、シリコーン系プライマーの加熱時あるいは硬化時の熱によるシリコーンゴム層のゴム劣化の懸念が無くなる。
ｄ．弾性層上にフッ素チューブを被覆する場合のような弾性層との接着性改善のためのケミカル処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等の化学的処理が不要で工程が簡略化できる。
e．通常、芯金とシリコーンゴム層との接着剤（プライマー）として使用する汎用のシリコーン系プライマーを使用しているので低コストが実現されることになる。
以下、本発明について添付図面を参照しながら説明する。

本発明の加圧ローラの一例を示す縦断面図である。本発明の加圧ローラの一例を示す横断面図である。本発明の加圧ローラの表面の拡大図である。

以下、本発明について添付図面を参照しながら説明する。
図１及び図２では、本発明の加圧ローラの一例を示し、（１）は芯金、（２）は芯金（１）の外周に被覆されたシリコーンゴム弾性層、（３）はシリコーンゴム弾性層（２）の外表面に被覆するシリコーン系プライマーである。
また、図３はシリコーン系プライマー（３）が塗布された本発明の加圧ローラの表面を１００倍に拡大した拡大図である。
以下、本発明について、図１〜図３を参照しながら説明するが、本発明でのシリコーン系プライマーとはシリコーンレジンにカップリング剤等の接着力向上剤を含有させたものを指すものとする。
本発明の第一の特徴は、シリコーンゴム弾性層（２）の外表面にシリコーン系プライマー（３）をクラックが入った状態で塗布したことにある。
こうすることにより、シリコーンゴムとシリコーン系プライマーはフッ素樹脂系プライマーとは異なり元々物性が類似しており相性が良く、密着性（粘着性）が改善されるので、定着ベルトのばたつき、及び、ベルトの損傷が解消される。
さらに両者は物性が類似し、当然ながら界面接着強度にも優れており、ひいてはロール全体での耐磨耗性、並びに、耐久性にも優れた加圧ロールが得られる。
また、運転時に発生するローラ表面のしわの発生も無く、さらには、しわに起因する画像の乱れも改善される。

以下、本発明につき図３のローラ表面の拡大図を基にさらに詳細に説明する。
本発明では、図３に示すように、シリコーンゴム弾性層（２）の外表面にシリコーン系プライマーをクラックが入った状態で塗布する。
従って、ローラ表面とベルトとの接触がクラックが無い場合の面接触から点接触となるとともに、シリコーンゴム弾性層（２）の熱膨張力によりクラックを形成する方法であるので、プライマー粒子の分散度に依存しなく、しかも、クラック幅がほぼ一定であるという特徴との相乗効果により、ベルトとの密着性（粘着性）が改善され、定着ベルトのばたつき、ひいては、ベルトへの損傷も解消されるものと考えられる。
これに対して、従来のレジンの場合にはレジン粒子の分散度に依存するため、レジン粒子間の間隙がばらつき、間隙を一定に制御することが困難であったため、ローラ表面とベルトとの均一な点接触が得ることが難しく、ベルトとの密着性（粘着性）が、思いの外、改善されないものと考えられる。
さらに、シリコーン系プライマー（３）にはカップリング剤等の接着力向上剤が含有されているので、従来のシリコーンレジンだけの場合と比較し界面接着強度に優れ、耐久性耐磨耗性にも優れた加圧ロールが得られる。
又、シリコーン系プライマーにはクラックによる適度な間隙があるので熱膨張差に起因する、運転時に発生するローラ表面のしわの発生も無く、さらには、しわに起因する画像の乱れも同時に改善される。
しかも、本発明の副次的な効果として、シリコーン系プライマー（３）の加熱温度あるいは硬化温度はシリコーンゴムの加硫温度とほぼ同じか、低い加熱温度あるいは硬化温度で済むので、加熱・硬化時の熱によるシリコーンゴム層（２）のゴム劣化の心配も無くなる。

本発明で使用するシリコーン系プライマー（３）はシリコーンゴム層（２）と硬度、耐熱温度加熱・硬化温度等物性が類似したもの、あるいは加熱・硬化温度が低いシリコーン系プライマー使用することが望ましく、市販されているシリコーン系プライマーの中から適したものを適便選択すればよい。
その中でも、粘度が０．１ｍｍ２／Ｓ〜１．１ｍｍ２／Ｓ、且つ、比重が1以下であるシリコーン系プライマーが塗布し易く、薄い塗膜を形成し易いのでより好ましい。
ここでシリコーン系プライマー（３）はコーティング、ディッピング等の方法により、被覆すれば良く、通常のプライマーと同様、塗布する方法がより好ましい。
シリコーン系プライマー（３）の厚さの上限はあまり厚くすると硬度が大きくなり過ぎボロボロとなって異物となり、二ップ幅にも影響がでるので３０μｍ以下とし、一方、シリコーン系プライマー（３）の厚さの下限はあまり薄くすると硬度は変化しないものの、耐磨耗性が低下するとともに、密着性改善効果が期待できないので１μｍ以上とし、結局、シリコーン系プライマー（３）の厚さは１μｍ〜３０μｍが好ましい範囲で、２μｍ〜１０μｍがさらに好ましい範囲である。
さらに、シリコーン系プライマー（３）の厚さはシリコーンゴム弾性層（２）の厚さに対し０．００１％〜１０％の範囲にあることが望ましい。

なお、シリコーン系プライマーにクラックを発生させる方法として、本発明では、シリコーンゴム層（２）上にシリコーン系プライマーを所定の厚さで塗布した後、シリコーンゴム層（２）の加硫温度に近い所定の加熱温度にて再度、シリコーンゴム層（２）及びシリコーン系プライマー（３）を同時に加熱することによりクラックが得られる。
その理由は、加熱によりシリコーンゴム層（２）が熱膨張し、この時の熱膨張力がロール表面に塗布されたシリコーン系プライマー（３）に均等に作用し、一定の間隙を有するクラックを発生させるからである。
クラックに囲まれた部分の大きさについては、本発明の効果を得るためには、その大きさが５μｍ〜３００μｍの範囲にあることも肝要である。また、クラック幅については、５μｍ〜５０μｍであることが望ましい。
また、クラックに囲まれた部分の大きさはシリコーン系プライマー（３）塗布後の再加熱温度と時間によりほぼ決定されるが、本発明では、加熱温度１００℃〜２４５℃、加熱時間１５分〜４８０分の範囲内で制御すれば良い。

次に、本発明で使用するシリコーンゴム（２）は特段の物でなく通常で使用するシリコーンゴムでよく、固形状、液状ゴムのいずれでも良く、芯金（１）への被覆方法も押出成型法、注型法等各種被覆方法が使用できる。さらに、非発泡の、ソリッド状ゴムあるいは発泡のスポンジ状ゴムのいずれでもよい。そして、発泡のスポンジ状ゴムの場合には、ソリッド状ゴムの場合より、熱容量が小さく蓄熱性が悪いので、ニップ幅を確保するため、より低硬度なゴムを使用することになる。
シリコーンゴム（２）の硬度はニップにも拠るが、ＪＩＳＡ０度〜５０度の範囲にあることが好ましく、シリコーンゴム弾性層（２）の厚さは、断熱性、熱容量（蓄熱性）、硬度を考慮して決定されることになるが、通常０．３ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあることが望ましく、５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。

なお、本発明での十分な効果を得るためには、加圧ローラの表面粗さＲaが０．５μｍ〜４．０μｍの範囲にあることも肝要である。
なぜなら、Ｒaが０．５μｍ以下であるとベルトへの貼付が改善されない、言い換えれば密着改善効果が得られなく、Ｒaが４μｍ以上であると、今度は逆に、凹凸によりベルトがばたつくとともに、ベルトとの接触面が少なくなりシリコーン系プライマー（３）の磨耗性が悪化するためである。
なお、本発明は加圧ローラの外径が１０ｍｍ以上であるローラにおいて十分な効果が得られる。
さらに、本発明ではフッ素樹脂型層を有していないので構造が簡略化される事も特長として挙げられる。

次に、本発明の加圧ローラの製造方法について、一例を挙げて説明する。
先ず、長さ１００ｍｍ〜１０００ｍｍ、外径が１０ｍｍ〜１００ｍｍのアルミニウムからなる芯金（１）にシリコーンゴム弾性層（２）として液状シリコーンゴムを加硫・固化する。次に、シリコーンゴムを研磨して厚さ０．３ｍm〜３０ｍmのシリコーンゴム弾性層からなる弾性層（２）を形成する。次に、この弾性層（２）の外周に市販のシリコーン系プライマー（３）を塗布した。その後、加熱温度１００℃〜２４５℃、加熱時間１５分〜４８０分にて加硫・固化し、シリコーン系プライマー（３）に図３に示すクラック（クラックに囲まれた部分の大きさが５μｍ〜３００μｍで、且つ、クラック幅が５μｍ〜５０μｍ）が入った本発明の加圧ローラが得られた。
この際のシリコーン系プライマー（３）の厚さは、１μｍ〜３０μｍとした。
上記の説明では、弾性層（２）として液状シリコーンゴムをコーティングする方法を説明したが、この方法に限定されず、芯金（１）上にシリコーンゴムを押出被覆する方法、あるいは、予めチューブ状に成形したシリコーンゴムチューブ成形体を芯金に挿入、圧入しても良い。なお、強度向上のため、接着剤は適宜使用してもよい。

以下に、本発明の加圧ローラの実施例を示す。
「実施例１」
上述した製造方法において、弾性層（２）として厚さ１０ｍｍ、幅３００ｍｍのシリコーンゴム層とし、さらに、その外周にシリコーン系プライマー層（３）として、粘度が０．２ｍｍ２／Ｓ〜１．０ｍｍ２／Ｓ、且つ、比重が０．７７〜０．７８の市販のシリコーン系プライマー（３）を厚さが３μｍでコーティングし、加熱温度１５０℃、加熱時間３０分にて再度加硫・固化して、シリコーン系プライマー（３）に図３に示すクラック（クラックに囲まれた部分の大きさが１５μｍ〜１００μｍで、且つ、クラック幅が２０μｍ〜３０μｍでほぼ一定）が入った本発明の加圧ローラを作成した。

本発明の効果を確認するため、以下に示す、引張せん断密着強さ試験、屈曲試験、及び
磨耗試験を実施した。
引張せん断密着強さ試験の結果は下記の表１に示し、同試験条件は下記表２に示す。
屈曲試験は１８０°の連続屈曲試験とし、荷重は２１９．７g、屈曲部軸径はφ１０ｍｍとした。
又、磨耗試験はニップ幅５ｍｍ、回転数１３５６ｒｐｍ、ワーク径φ３０ｍｍとした。

この結果、密着力については０．１ｋｇｆ以下となり密着がないレベルにまで密着力が低減化できていることが確認できた。
また、通紙枚数２５０ｋ枚に相当する屈曲試験を行なった結果、シリコーン系プライマー表面には特段の変化ないことが確認された。
さらに、１０分間、ポリイミドベルト（PIヘ゛ルト）との磨耗試験を行なった結果、シリコーン系プライマー層の脱落、剥がれも一切無いことも確認できた。

本発明の加圧ローラとしてだけでなく、本発明は、トナー付着を改善する効果もあるので、定着ローラ（ヒートローラ）、ベルト方式のプリンタ、誘導加熱機器にも適用できる。

１芯金
２シリコーンゴム弾性層
３シリコーン系プライマー

Claims

ベルト定着装置に使用する加圧ローラであって、芯金上にシリコーンゴム弾性層が形成され、さらに、該シリコーンゴム弾性層の該表面にシリコーン系プライマーが該プライマーにクラックが入った状態で塗布されていることを特徴とする加圧ローラ。
該クラックに囲まれた部分の大きさが５μｍ〜３００μｍの範囲にある請求項１に記載の加圧ローラ。
該クラック幅が５μｍ〜５０μｍの範囲にある請求項１または２に記載の加圧ローラ。
該シリコーン系プライマーの厚さが１μｍ〜３０μｍの範囲にある請求項１〜３のいずれかに記載の加圧ローラ。
該シリコーン系プライマーの厚さが該シリコーンゴム弾性層の厚さに対して０．００１％〜１０％の範囲にある請求項１〜４のいずれかに記載の加圧ローラ。
該シリコーン系プライマーの粘度が０．１ｍｍ２／Ｓ〜１．１ｍｍ２／Ｓ、且つ、比重が1以下である請求項１〜５のいずれかに記載の加圧ローラ。
該弾性層の硬度がＪＩＳＡ０度〜５０度の範囲にある請求項１〜６のいずれかに記載の加圧ローラ。
該加圧ローラの表面粗さＲaが０．５μｍ〜４．０μｍである請求項１〜７のいずれかに記載の加圧ローラ。