JPH09325635A

JPH09325635A - 定着ローラ

Info

Publication number: JPH09325635A
Application number: JP16385296A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kato; 弘一加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】定着時、オフセット現象や熱ローラの巻き付
き現象を発生することなく、また、初期コピーの開始時
間を早め、熱ローラの設定温度を従来よりも低くできる
ことで消費電力の低下を計り、高画質な画像を耐久性よ
く得られる定着ローラを提供する。【解決手段】離型層１１内には、フッ素系ポリマー微
粒子Ｐを含有し、このフッ素系ポリマー微粒子の粒径を
１μｍ以下、定着ローラ表面コート層１１の膜厚を２０
μｍ以下、表面コート層１１の塗布を湿式法により行う
ことにより、また、表面コート層１１の表面フラクタル
Ｑの次元を２〜３とすることにより、オフセットの抑
制，耐久性を達成することが可能となった。離型層を薄
膜化することで立ち上げ時間を短縮し、また、薄膜化離
型層は熱効率が高いため、ローラ表面温度の設定を低く
でき、エネルギー効率を高くすることができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真法，静電
記録法，静電印刷法等において形成される静電潜像を記
録材料に固定化させるための定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真法または静電記録法等
においては、光導電性感光体または誘電体等によりなる
潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するために、
キャリアと混合された２成分トナー、または現像スリー
ブ等トナー供給ローラ上でブレード等によって薄層化さ
れ、かつ、適当に帯電され、微粉末化された１成分トナ
ーを用いて現像し、必要に応じて紙等の転写材にトナー
画像を転写した後、加熱，加圧，溶剤蒸気等によって定
着し、複写物を得るものである。

【０００３】これらの現像法に適用するトナーの定着法
としては種々あるが、熱効率が高いことおよび高速定着
が可能であることから、熱ローラ定着方式が広く採用さ
れている。このような熱定着方式で高速定着を行う場
合、トナーには良好な低温定着性（または、定着下限温
度が低いこと）が要求される。また、このため、結着樹
脂としては、低軟化樹脂を含有させると、定着時にトナ
ー像の一部が熱ローラ表面に付着し、これがコピー用紙
上に転移して地汚れを起こす、いわゆる、ホットオフセ
ット現像や、コピー用紙が熱ローラ表面に付着して巻き
付く、いわゆる、巻き付き現像（特に、熱ローラ温度が
低いときに多い）が発生しやすくなる。また、低軟化樹
脂により保存性にも問題が生じ、輸送時等にブロッキン
グ現像を引き起こすこともある。

【０００４】一方、従来、電子写真複写機等の画像形成
装置において、未定着画像を有する記録材、例えば、未
定着トナー像を有する転写紙に熱を付与し、かつ、溶融
トナー像のオフセットを防止しながら転写紙を所定経路
へと搬送しなければならない定着ローラには、極めて厳
しい条件下での搬送性，離型性，耐摩耗性，定着性、そ
して、耐久性が要求される。上記要求を満たすために、
芯金上に弾性層を設け、さらに、その弾性層の上表面に
薄い樹脂層を形成した構造の定着用の弾性回転体、つま
り、弾性ローラが知られている。このような構造の定着
ローラは、単にシリコンゴムのみよりなる定着ローラに
比較した場合、耐久性および耐摩耗性に優れ、また、芯
金上に弾性層を持つことなく、フッ素樹脂等の樹脂層を
被覆したローラと比較した場合、定着性，搬送性におい
て優れたものである。しかし、近年は、定着時の圧力が
トナー定着強度に重要であるため、弾性層を保持しない
で、芯金ローラ上に離型層を付与させた形態がとられる
ようである。また、弾性層の存在は、定着ローラのコス
ト増加の要因にもなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】定着ローラの本来の目
的としては、支持体上に形成されたトナー像を支持体に
固定化させることである。この時に、多くの場合、定着
ローラにトナーが固着する、いわゆる、オフセットと呼
ばれる現象が起きる。この現象を回避するため、定着ロ
ーラの表面には、表面エネルギーの低い材料であるフッ
素系ポリマーによるコート層が形成されるが、その膜厚
は、通常、数十μｍである。多くの場合、このコート層
の製造方法には、粉体塗装が行われている。そのことが
原因かどうか定かではないが、定着ローラ表面上の組成
が不均一で、かつ、目的とする表面エネルギーの値が得
られないことが多いため、経時的に定着ローラにトナー
がオフセットする現象がよく見られる。さらに、膜削れ
が起こり、それが原因でオフセットが発生する現象も見
られる。

【０００６】特開平６−１６７９００号公報に記載の発
明では、定着ローラ表面に用いる離型材として、ＰＦＡ
を使用しているが、定着ローラ表面に十分な離型性を確
保できるか不明である。また、特開平６−１６７９０１
号公報に記載の発明では、導電性物質を分散したフッ素
樹脂チューブを使用しているが、離型層最表面に導電性
物質が現れる可能性があり、耐久性に問題が残る。ま
た、これらの定着ローラを使用した場合、通常、離型層
の膜厚は２０〜５０μｍであるため、熱効率が悪く、コ
ピー機等の初期の立ち上がりに長時間を要し、熱ローラ
の表面温度は、２００℃前後に設定する必要があるた
め、消費電力の増大は避けられないのが現状である。

【０００７】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、定着時、オフセット現象や熱ローラの巻き
付き現象を発生することなく、また、初期コピーの開始
時間を早め、熱ローラの設定温度を従来よりも低くでき
ることで消費電力の低下を計り、高画質な画像を耐久性
よく得られる定着ローラを提供することを目的としてな
されたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、少な
くともポリマーから形成される表面コート層を有する定
着ローラにおいて、前記表面コート層内にフッ素系ポリ
マー微粒子を存在させたことを特徴としたものである。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記フッ
素ポリマー微粒子の粒径が、１μｍ以下であることを特
徴としたものである。請求項３の発明は、請求項１の発
明において、前記定着ローラの表面コート層の膜厚が、
２０μｍ以下であることを特徴としたものである。請求
項４の発明は、請求項１の発明において、前記表面コー
ト層の塗布が湿式法により行われたものであることを特
徴としたものである。請求項５の発明は、請求項１の発
明において、前記表面コート層の表面が、フラクタルで
あることを特徴としたものである。請求項６の発明は、
請求項５の発明において、前記表面コート層の表面フラ
クタル次元が２〜３であることを特徴としたものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、少なくとも、ポリマー
から形成される表面コート層を有する定着ローラにおい
て、前記表面コート層内にフッ素系ポリマー微粒子を存
在させることにより、定着時、オフセット現象や熱ロー
ラの巻き付き現象を発生することなく、また、初期コピ
ーの開始時間を早め、熱ローラの設定温度を従来よりも
低くできることで消費電力の低下を計り、高画質な画像
を耐久性よく得られる定着ローラを提供するものであ
る。

【００１０】本出願人は、鋭意研究の結果、少なくとも
ポリマーから形成される表面コート層を有する定着ロー
ラにおいて、フッ素系ポリマー微粒子を表面コート層内
に存在させることによって、定着ローラ表面へのトナー
のオフセットを抑制し、かつ、定着ローラの耐久性を向
上させることができることを発見した。図１は、本発明
による定着ローラの断面図で、図１（Ａ）は、定着ロー
ラ径方向の要部断面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ
−Ｂ線拡大断面図で、図中、１０は定着ローラ、１１は
該定着ローラ１０の離型層、１２は金属製芯金ローラ
で、図示のように、離型層１１内には、フッ素系ポリマ
ー微粒子Ｐを含有する。このフッ素系ポリマー微粒子Ｐ
の粒径を１μｍ以下とし、定着ローラ表面コート層１１
の膜厚を２０μｍ以下とし、表面コート層１１の塗布を
湿式法により行うことにより、また、表面コート層１１
の表面フラクタルＱの次元を２〜３とすることにより、
上述のごとき、オフセットの抑制，耐久性を達成するこ
とが可能となった。

【００１１】従来の定着ローラは、芯金１２上に粉体を
塗装することにより離型層が形成されていた。そのた
め、表面の凹凸性や離型性が十分でなく、経済的に定着
ローラの表面が劣化し、満足のいく離型性が得られてい
ない状態であった。構成としては、図１と大きな差はな
いから、表面凹凸が従来の粉体塗装品では大きいのに対
し、本発明では、平滑な表面が得られた。また、湿式塗
装のため膜厚制御が容易で薄膜のピンホールがない離型
層が得られた。つまり、離型層を薄膜化することで立ち
上げ時間を短縮し、また、薄膜化離型層は熱効率が高い
ため、ローラ表面温度の設定を低くでき、エネルギー効
率を高くすることができた。薄膜化するためには、湿式
塗工が適当であり、離型性をさらに向上させるため、フ
ッ素樹脂粒子を内部添加し、表面エネルギーを下げる効
果を果たしている。

【００１２】まず、本発明では、離型層１１の内部にフ
ッ素系微粒子Ｐを内部添加させることで、離型層単独よ
りもトナーのホットオフセット性を向上させることがで
きた。この時、使用するフッ素樹脂微粒子は、１μｍ以
下であることが好ましい。これは、離型層１１の膜厚を
薄膜化し、膜厚を１０μｍ以下としたときに、微粒子Ｐ
と離型層１１を形成するバインダーとなじみが悪くな
り、経済的に樹脂微粒子が離型層から剥離し、離型性が
低下するためである。また、膜厚を２０μｍ以下にする
ことで、熱ローラ温度をこれまでの２００℃前後より１
５０℃まで低下させることができるようになった。これ
によって、コピー機等の消費力を大きく低減させること
が可能となった。さらに、ここで得られた離型層は、フ
ラクタルな表面にすることで離型性はさらに向上させる
ことができた。

【００１３】フラクタルとは、非整数の次元を持つ図形
および物体を総称したものである。例えば、どのような
ものが自然界でフラクタルであるかというと、海岸線，
稲妻，木の枝分かれ等が上げられる。このようなフラク
タルな次元を持つ表面では、フラクタルでない表面の水
の接触角が１００゜程度でも、フラクタルな表面にする
ことで、水の接触角は１６０゜以上となり、非常に優れ
た離型性が得られる。本発明でもあるフッ素樹脂微粒子
を用いることで、このフラクタルな表面を再現すること
ができた。詳細なメカニズムは明らかでないが、フッ素
樹脂微粒子の２次元凝集，３次元凝集がこのような表面
を形成していると考える。

【００１４】このような表面を形成するには、フラクタ
ル次元が２〜３であることが好ましく、２以下ではこれ
までと同じような離型性であった。このフラクタル次元
の測定は、３次元表面粗さ計にて行われた。粗さ計にて
倍率を３種類変えてそれぞれの粗さの次元を測定し数値
化した。これにより、熱効率が向上し、定着ローラの温
度上昇時間が早くなり、複写機やプリンターの立ち上が
り速度を速くすることが可能となった。また、湿式塗布
法による効果としては、コスト的にも適していることで
ある。乾式塗料で塗布を行うと、膜厚の制御が難しく、
また、膜の欠陥を生じてピンホールが発生しやすい原因
となる。このピンホールは、トナーオフセットの原因と
もなるからである。

【００１５】離型層に用いられるポリマーとしては、フ
ッ素を含有するポリマーが好ましい。例えば、テトラフ
ルオロエチレンのホモポリマーあるいはポリプロピレン
とのコポリマー，クロロトリフルオロエチレンのホモポ
リマーまたはコポリマー，３フッ化エチレンのホモポリ
マーまたはコポリマー，２フッ化エチレンのホモポリマ
ーまたはコポリマー，ＰＦＡ等が挙げられるが、これら
に限定されるものではない。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する
が、本発明は、これらに限定されるものではない。

【００１７】（実施例１）アルミニウムからなる３０ｍ
ｍφ，ｔ＝２ｍｍの画筒形ローラ上にポリイミドとテフ
ロンからなる塗料をプライマーとして用い、ディップ法
によりアルミローラにコーティングを行った。１００℃
で１時間乾燥させた後、次に、テトラフルオロエチレ
ン：５０／プロピレン：１の組成からなるコポリマーの
塗料１００重量部にフッ素樹脂微粒子（粒径０．５μ
ｍ）８重量部を混合させたものを、前記プライマーと同
様にコーティングを行い、３５０℃で１時間乾燥を行っ
た。アルミローラ上にコートされた膜厚は、１０μｍで
あった。また、フラクタル次元は、２．７であった。

【００１８】（実施例２）実施例１と同様のアルミロー
ラを用い、実施例１と同様にプライマーをコートした後
に、テトラフルオロエチレン：５０／エチレン：２の組
成からなるコポリマーの塗料１００重量部にフッ素樹脂
微粒子（粒径０．２μｍ）５重量部を混合させたもの
を、前記プライマーと同様にコーティングを行い、３５
０℃で１時間乾燥を行った。アルミローラ上にコートさ
れた膜厚は、７μｍであった。また、フラクタル次元
は、２．６であった。

【００１９】（実施例３）実施例１と同様のアルミロー
ラを用い、実施例１と同様にプライマーをコートした後
に、テトラフルオロエチレン：５０／ポリプロピレン：
２の組成からなるコポリマーの塗料１００重量部にフッ
素樹脂微粒子（粒径０．９μｍ）１０重量部を混合させ
たものを、前記プライマーと同様にコーティングを行
い、３５０℃で１時間乾燥を行った。アルミローラ上に
コートされた膜厚は、１３μｍであった。また、フラク
タル次元は、２．４であった。

【００２０】（比較例１）アルミラウムからなる３０ｍ
ｍφ，ｔ＝２ｍｍの円筒形ローラ上にポリイミドとテフ
ロンからなる塗料をプライマーとして用い、ディップ法
によりアルミローラにコーティングを行った。１００℃
で１時間乾燥させた後、次にテトラフルオロエチレン５
０／プロピレン：１の組成からなるコポリマーの粉体塗
料１００重量部に酸化マグネシウムを含まないものをス
プレー塗装し、３５０℃で１時間熱処理を行った。アル
ミローラ上にコートされた膜厚は、３２μｍであった。
また、フラクタル次元は、２．０であった。

【００２１】（比較例２）アルミラウムからなる３０ｍ
ｍφ，ｔ＝２ｍｍの円筒形ローラ上にポリイミドとテフ
ロンからなる塗料をプライマーとして用い、ディップ法
によりアルミローラにコーティングを行った。１００℃
で１時間乾燥させた後、次にテトラフルオロエチレン５
０／プロピレン：２の組成からなるコポリマーの粉体塗
料をスプレー塗装し、３５０℃で１時間熱処理を行っ
た。アルミローラ上にコートされた膜厚は、２５μｍで
あった。また、フラクタル次元は、２．０であった。

【００２２】以上、５種類の方法で作製したローラを用
いて、リコー製複写機ＦＴ６５００搭載し、画像出しを
行った。結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】オフセット：定着ローラに付着したトナー
濃度を画像濃度で評価し、１００００枚後の値が０．５
以上の場合×とした。離型性：全面べた画像をコピーし、定着ローラに設
置した分離爪に引っかかったあとの痕跡があるものを×
とした。耐久性：１００００枚コピーして、上記特性値に１
つでも×のあるものを×とした。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明では、フッ素系樹脂微粒
子を離型層に内部添加することで、定着ローラの耐久性
を向上させ、定着ローラ表面へのトナーのオフセットを
抑制し、また、請求項２の発明では、粒径を規定するこ
とで、トナーオフセットの耐久性を向上させることが可
能となった。さらに、請求項３の発明で消費電力の低下
を達成でき、請求項４の発明では、膜厚を容易に制御
し、かつ、表面の凹凸を減少させることができ、また、
複写機やプリンターの立ち上がり速度を速くすることが
可能となった。さらに、請求項５および６の発明では、
離型性を飛躍的に向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による定着ローラの径方向断面図（図
１（Ａ））及び軸方向要部断面図（図１（Ｂ））であ
る。

【符号の説明】

１０…定着ローラ、１１…表面コート層（離型層）、１
２…金属製芯金ローラ、Ｐ…フッ素系樹脂微粒子、Ｑ…
フラクタル表面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともポリマーから形成される表面
コート層を有する定着ローラにおいて、前記表面コート
層内にフッ素系ポリマー微粒子が存在することを特徴と
する定着ローラ。
【請求項２】請求項１において、前記フッ素系ポリマ
ー微粒子の粒径が、１μｍ以下であることを特徴とする
定着ローラ。
【請求項３】請求項１において、前記定着ローラの表
面コート層の膜厚が２０μｍ以下であることを特徴とす
る定着ローラ。
【請求項４】請求項１において、前記表面コート層の
塗布が湿式法により行われていることを特徴とする定着
ローラ。
【請求項５】請求項１において、前記表面コート層の
表面がフラクタルであることを特徴とする定着ローラ。
【請求項６】請求項５において、前記表面コート層の
表面フラクタル次元が２〜３であることを特徴とする定
着ローラ。