JPH10293488A

JPH10293488A - 電子写真用熱定着ロール

Info

Publication number: JPH10293488A
Application number: JP14299898A
Authority: JP
Inventors: Naofumi Kobayashi; 直文小林
Original assignee: Nitto Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nitto Kogyo Co Ltd
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 1998-11-04
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JP2957556B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来技術による熱定着ロールの耐オフセット
性の問題を解消するために、定着画像の質が高いばかり
でなく非オフセット温度領域が広い、改良された電子写
真用熱定着ロールを提供する。【解決手段】本発明の電子写真用熱定着ロールは、表
面の粗さＲｚが３．５μｍ以下、光沢度が５０％未満、
水の接触角が１１５°以上である弗素樹脂層を表面に設
けてなるもので、非オフセット温度領域が広く、弗素樹
脂層の耐摩耗性が優れ、且つシリコーンオイルに対する
高い耐久性を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真装置におけ
る定着装置に使用される、トナー粒子を複写紙上に溶融
固着するための電子写真用熱定着ロールに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真用の熱定着ロールとして
は、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼などの円筒状芯金
上に離型性のよい材料、たとえばポリテトラフロロエチ
レン（以下、ＰＴＦＥ樹脂という）、テトラフロロエチ
レンとパーフロロアルキルパーフロロビニルエーテルと
の共重合体（以下、ＰＦＡ樹脂という）などの弗素樹脂
を被覆したロールが使用されている。

【０００３】このような熱定着ロールは、シリコーンゴ
ムや弗素ゴムなどを被覆した加圧ロールと対向圧接させ
て定着装置を構成する。そして加熱された熱定着ロール
と加圧ロールとの間に複写紙を通過させ、複写紙の上に
形成された粉末トナー像を熱と圧力によって溶融させ、
複写紙上に固定するものである。

【０００４】ところで、弗素樹脂の被膜層を有する熱定
着ロールの製造に当っては、弗素樹脂の粉体または分散
液を芯金表面に塗装し、３６０〜４００℃の温度で焼成
して融着する方法が採用されるが、塗装の際のムラが残
って被膜層の厚さが不均一となり易い。このような弗素
樹脂層の厚さのバラツキは、トナー定着に際して圧接力
のムラを生ずることとなり、結果として定着画像の質が
低下するので、従来は焼成後の弗素樹脂層をサンドペー
パーや砥石などを用いて所定の厚みとなるように研磨
し、合わせて表面の平滑度を高めるようにしていた。

【０００５】しかし、このような表面研磨により平滑化
した弗素樹脂層を持つ熱定着ロールは、表面の粗さが小
さくなるに伴って深いすり傷も発生し易いために、付着
したトナーのクリーニングが難しくなり、オフセット現
象による画質の低下を防ぎ切れないという問題点があっ
た。そこで表面研磨の代わりに加圧ロールを用いて平滑
仕上げをする方法（特開昭５７−４３８９２号）や、ロ
ーラ母材上に弗素樹脂を塗布したのちそ表面を平滑化
し、その後弗素樹脂の融点以上の温度で焼成する方法
（特開昭６３−４２８７号）などが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の方
法によって表面の平滑化を行なった熱定着ロールは、定
着画像の質の改良については効果を有しているものの、
トナー像の定着に際して溶融したトナーが熱定着ロール
付着し、次に接触した複写紙上に転移してこれを汚染す
る現象、すなわちオフセット現象の発生を確実に抑制で
きるまでには至っていない。

【０００７】一般にオフセット現象は、高温オフセット
と呼ばれるものと低温オフセットと呼ばれるものに大別
されるが、高温オフセットは溶融したトナーが熱定着ロ
ールに付着することにより、また低温オフセットは溶融
していないトナー粒子が熱定着ロールに付着することに
よるもので、熱定着ロールの表面温度の分布状態、通紙
時の温度低下、トナー特性等により決定される。従って
高温オフセットの発生する温度が高く、低温オフセット
の発生する温度が低いことが熱定着ロールに対して要求
されるが、これらの従来の方法によって得た熱定着ロー
ルは、高温オフセット発生域と低温オフセット発生域と
が接近しており、非オフセット温度領域が狭いという問
題があった。

【０００８】そこで本発明は、上記のような従来技術に
よる熱定着ロールの耐オフセット性の問題を解消するた
めに、定着画像の質が高いばかりでなく非オフセット温
度領域が広い、改良された電子写真用熱定着ロールを提
供することを目的とした。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述のような本発明の目
的は、表面の粗さＲｚが３．５μｍ以下、光沢度が５０
％未満、水の接触角が１１５°以上である弗素樹脂層を
表面に設けてなる電子写真用熱定着ロールによって達成
される。さらに、かかる本発明の熱定着ロールは、芯金
表面に弗素樹脂分散液塗料を塗布して乾燥被膜を形成
し、ついで該被膜の表面に回転する加圧ロールを押圧し
て鏡面状に平滑化加工し、その後熱処理して該被膜を融
着させることによって得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において用いられる芯金
は、好ましくは中空円筒状のものであり、その内部に加
熱用の発熱体などを装着できるものが好適である。芯金
上に塗布される弗素樹脂塗料は、特に限定されるもので
はないが、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂あるいはこれらの
配合物を、水などの液状媒体中に分散させたものが好ま
しく用いられる。このような塗料中には必要に応じ有機
質や無機質の充填剤などが配合できる。かかる充填剤と
しては、たとえばカーボン、チタン酸カリウム、金属酸
化物、セラミックス、ガラス、金属などの繊維状あるい
は微粉末状のものなどがあり、除電性や耐摩耗性などそ
れぞれの目的とする性質を付与するに適した材料を選択
して配合することができる。

【００１１】一般に、定着ロールの表面樹脂層内に配合
されたカーボンは、従来３〜８重量％混入することによ
って優れた除電特性を示すことが知られているが、本発
明によれば、前述のカーボン含有量よりはるかに少ない
０．５乃至３重量％、特に０．５乃至１重量％程度の微
少量を混入するだけでも優れた除電特性が発揮される。

【００１２】このような弗素樹脂塗料はプライマーを塗
布した中空芯金上に、例えばスプレー塗装等により塗布
され、室温から約１００℃までの温度で３０分から１時
間乾燥させることにより、弗素樹脂の乾燥被膜が形成さ
れる。この弗素樹脂の乾燥被膜は未焼成であって、弗素
樹脂の粒子が単に重なり合っているだけのものであるた
め、その表面は粒子の形状に沿った凹凸があり、強くこ
すると脱落し易いものである。

【００１３】このようにして芯金上に形成した弗素樹脂
乾燥被膜は、表面に平滑化加工が施される。かかる平滑
化加工としては、表面を鏡面化した金属製の加圧ロール
を、回転する被加工ロール体上に約１乃至２０kgf の力
で押し付けて、被加工ロール体に対して従動回転させ、
加圧ロールを被加工ロール体の軸に沿って一方端から他
方端に向かって、たとえば２cm／sec の速度で移動させ
ながら弗素樹脂乾燥被膜を押し潰して、表面を鏡面状に
平滑化させる方法が用いられる。この方法によれば、焼
成して溶融した弗素樹脂層を平滑化する場合と異って、
格段に低い押圧力で簡単に平滑化できるから芯金に歪を
与えるなどの不都合が発生しない。

【００１４】上述のように平滑化した弗素樹脂乾燥被膜
は、たとえば３６０〜４００℃の温度で、たとえば１０
分から１時間程度焼成することにより、平滑で傷のない
弗素樹脂層に転化するが、この樹脂層は外観がつや消し
状態であり、光沢度は５０％未満のものである。そし
て、焼結後に表面を研磨し、あるいはロール押圧により
鏡面化した従来方法による樹脂層と同程度の表面粗さ、
すなわち１０点平均粗さＲｚで３．５μｍ以下が実現さ
れる。

【００１５】こうして得られた本発明の電子写真用熱定
着ロールについて特徴的なことは、弗素樹脂層の表面の
水との接触角が特に大きい値を示すことである。すなわ
ち、本発明の電子写真用熱定着ロールの表面に水滴を置
いてその接触角を測定すると、従来技術によって表面を
平滑化した弗素樹脂層においては、１１０°以下の値し
か示さないのに対して、１１５°以上という極めて大き
い接触角を有しているものである。

【００１６】以上のような、１０点平均粗さＲｚが３．
５μｍ以下、光沢度が５０％未満、且つ水との接触角が
１１５°以上という特性を有する本発明の電子写真用熱
定着ロールは、押圧平滑化されたのちに焼成して溶融結
合して得た高い密度の弗素樹脂層を有しているもので、
広い温度範囲でオフセット現象の発生がなく、また耐摩
耗性に優れ、耐久性が良好であるという優れた性能を現
す。

【００１７】

【実施例】

〔実施例１〕直径３０mm、長さ３００mmの中空芯金上に
プライマー（ダイキン工業社製、ＥＫ１９０９ＢＫＮ）
を塗布した後、ＰＴＦＥ樹脂液（ダイキン工業製ＥＤ
４３００ＣＲＮ）を塗装した。これを８０℃で３０分間
乾燥して弗素樹脂乾燥被膜を形成した後、鏡面を有する
金属押圧ロールを押圧力６kgf で被加工ロール体に当接
させ、被加工ロール体を回転させながら、押圧ロールを
被加工ロール体の軸に沿って一方端から他方端に向かっ
て、２cm／sec の速度で移動させることにより、弗素樹
脂乾燥被膜を鏡面化した。この時の弗素樹脂乾燥被膜面
の１０点平均粗さＲｚは２μｍであった。

【００１８】これを３８０℃の雰囲気を有する焼成炉に
入れて３０分間焼成し、厚さ３０μｍの弗素樹脂層を有
する熱定着ロールを製作した。こうして得た熱定着ロー
ルの弗素樹脂層表面の１０点平均粗さを測定したとこ
ろ、Ｒｚは２．０μｍであった。

【００１９】また、光沢度計（日本電色社、ＮＤ−Ｋ
Ｓ、ＶＧ−１０７型）を用い、５８０〜６００ｎｍのハ
ロゲン光を受光角７５゜で入射させて、弗素樹脂層表面
の光沢度を測定したところ、９．１％であった。更に、
弗素樹脂層表面に水滴を置いて、その表面と接触する水
面の角度を接触角計で測定したところ、１１８〜１２０
゜の値が得られた。

【００２０】〔実施例２〕ＰＴＦＥ樹脂液（ダイキン工
業社製、ＥＤ４３００ＣＲＮ）に０．７５重量％のカー
ボンブラックを混入した塗料を塗装した以外は、すべて
実施例１と同様にして、熱定着ロールを製作した。この
熱定着ロールの弗素樹脂層表面の１０点平均粗さＲｚは
２．０μｍ、光沢度は４．２％、水の接触角は１２０〜
１２６゜であった。

【００２１】〔実施例３〕ＰＴＦＥ樹脂液（ダイキン工
業社製、ＥＤ４３００ＣＲＮ）に３．０重量％の酸化錫
を混入した塗料を塗装した以外は、すべて実施例１と同
様にして、定着ロールを製作した。この熱定着ロールの
弗素樹脂層表面の１０点平均粗さＲｚは２．０μｍ、光
沢は４６．８％、水の接触角は１１８〜１２４゜であっ
た。

【００２２】〔比較例１〕直径３０mm、長さ３００mmの
中空芯金上にプライマー（ダイキン工業社製、ＥＫ１９
０９ＢＫＮ）を塗布した後、ＰＴＦＥ樹脂液（ダイキン
工業社製、ＥＤ４３００ＣＲＮ）を塗布して、約３０分
間８０℃の温度で乾燥させた。その後、３８０℃の温度
で３０分間焼成し、８００番のサンドペーパーで研磨し
て厚さ３０μｍの弗素樹脂層を有する熱定着ロールを製
作した。得られた熱定着ロールの弗素樹脂層表面の１０
点平均粗さＲｚは１．５μｍであり、無数の研磨傷が肉
眼で確認された。また表面の光沢度は６５．７％であ
り、水の接触角は１０２゜であった。

【００２３】〔比較例２〕ＰＴＦＥ樹脂液（ダイキン工
業社製、ＥＤ４３００ＣＲＮ）に０．７５重量％のカー
ボンブラックを混入した以外は、比較例１と同様にし
て、熱定着ロールを製作した。得られた熱定着ロールの
弗素樹脂層表面の１０点平均粗さＲｚは１．５μｍ、光
沢度は７０．４％、水の接触角は１０４〜１０６゜であ
った。

【００２４】〔比較例３〕ＰＴＦＥ樹脂液（ダイキン工
業社製、ＥＤ４３００ＣＲＮ）に３．０重量％の酸化錫
を混入した以外は、比較例１と同様にして、熱定着ロー
ルを製作した。得られた熱定着ロールの弗素樹脂層表面
の１０点平均粗さＲｚは１．５μｍ、光沢度は６５．１
％、水の接触角は９８〜１０２゜であった。

【００２５】〔比較例４〕直径３０mm、長さ３００mmの
中空芯金上にプライマー（ダイキン工業社製、ＥＫ１９
０９ＢＫＮ）を塗装した後、ＰＴＦＥ樹脂液（ダイキン
工業社製、ＥＤ４３００ＣＲＮ）を塗布して、約３０分
間８０℃の温度で乾燥させた。その後３８０℃で３０分
間焼成し、表面を鏡面加工した押圧ロールを約４０kgの
圧力で押しつけて芯金を回転させ、ヒートガンで弗素樹
脂表面を軟化させながら、押圧ロールを２cm／sec の速
度で、被加工ロール体の軸に沿って一方端から他方端に
向かって移動させて、厚さ３０μｍの弗素樹脂層を有す
る熱定着ロールを製作した。

【００２６】得られた熱定着ロールの弗素樹脂層表面の
１０点平均粗さＲｚは１．９５μｍであり、表面の光沢
度は６９．３％で、鏡面光沢がある表面のすべてに曇っ
た斑点が分布していた。また顕微鏡で観察したところ押
圧ロールによる筋状の傷が多数確認された。なお、水の
接触角は１０４〜１０６゜であった。

【００２７】〔比較例５〕ＰＴＦＥ樹脂液（ダイキン工
業社製、ＥＤ４３００ＣＲＮ）に０．７５重量％のカー
ボンブラックを混入した以外は、比較例４と同様にし
て、熱定着ロールを製作した。得られた熱定着ロールの
弗素樹脂層表面の１０点平均粗さＲｚは１．９μｍ、光
沢度は７３．６％であり、外観は比較例４と同様であっ
た。また水の接触角は１０６〜１０８゜であった。

【００２８】〔比較例６〕ＰＴＦＥ樹脂液（ダイキン工
業社製、ＥＤ４３００ＣＲＮ）に３．０重量％の酸化錫
を混入した以外は、比較例４と同様にして、熱定着用ロ
ールを製作した。得られた熱定着ロールの弗素樹脂層表
面の１０点平均粗さＲｚは１．９μｍ、光沢度６９．４
％、水の接触角は１０１〜１０４゜であった。

【００２９】〔試験例１〕実施例１〜３および比較例１
〜６の各熱定着ロールを複写機に組み込み、２４０℃ま
で加熱した後、ヒーターをＯＦＦにして通紙を行ない、
熱定着ロール表面の温度が順次低下して１３０℃になる
までの複写画像のオフセット現象の発生を観察した。ま
た、モンローの表面電位計を用いて初期と１００枚通紙
後の帯電量を測定した。これらの結果を表１〜３に示
す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】この結果から、充填剤無し、カーボン、あ
るいは酸化錫を含有させた場合のいずれにおいても、本
発明の電子写真用熱定着ロールが、非オフセット温度領
域の広さと除電性について、良好な結果を示しているこ
とがわかる。また特に表２及び表３からは、充填剤の使
用量が同じであるに拘らず除電効果に著しい差が出てい
ることが認められ、本発明において充填剤の特性が有効
に発揮されることがわかる。

【００３４】次に、常温での粘度１００ｃｓのシリコー
ンオイルを２００℃に保持しておき、これに実施例１と
比較例１の熱定着ロールをそれぞれ浸漬して弗素樹脂層
の剥離を見たところ、比較例１の熱定着ロールは基盤目
試験で２１６時間で１０／１００の剥離、２４０時間で
４０／１００の剥離があったが、実施例１の熱定着ロー
ルには３００時間経過してもまったく剥離が無かった。

【００３５】更に実施例２と比較例２の熱定着ロールを
複写機に組み込み、複写機のエッジ部による摩耗と分離
爪による摩耗を観察したところ、実施例２では複写紙の
エッジ部が通過する部分の表面粗さは、初期はＲｍａｘ
が２．５μｍ、３万枚通紙後はＲｍａｘが３．２μｍ、
分離爪が当接する部分では初期はＲｍａｘが３．０μ
ｍ、３万枚通紙後はＲｍａｘが１．８μｍであった。し
かし、比較例２では、複写紙のエッジ部が通過する部分
では初期はＲｍａｘが２．０μｍ、３万枚通紙後ではＲ
ｍａｘが８μｍ、分離爪が当接する部分では初期はＲｍ
ａｘが１．５μｍ、３万枚通紙後ではＲｍａｘが５．５
μｍと、実施例２の熱定着ロールは格段に優れた耐摩耗
性を示した。

【００３６】〔実施例４〜６、および比較例７，８〕実
施例２におけるカーボンブラックの混入量を、０．５重
量％、１重量％、３重量％と変えた以外はすべて実施例
２と同様にして、それぞれ実施例４〜６の熱定着ロール
を製作した。また比較例２におけるカーボンブラックの
混入量を３重量％、５重量％と変えた以外はすべて比較
例２と同様にして、それぞれ比較例７〜８の熱定着ロー
ルを製作した。

【００３７】〔試験例２〕実施例４〜６および比較例
７，８の各熱定着ロールについて、試験例１と同様の方
法で複写画像のオフセット現象の発生および帯電量を調
べた。これらの結果を表４に示す。

【００３８】

【表４】

【００３９】表４の結果より、本発明の電子写真用熱定
着ロールは、従来のカーボン含有量より少ない量で同等
以上の除電特性を有することが明らかである。

【００４０】

【発明の効果】本発明の電子写真用熱定着ロールは、幅
広い非オフセット温度領域を有し、優れた耐摩耗性とシ
リコーンオイルに対する耐久性を有するものであり、導
電性付与のための充填剤の効果が著しく高いため、導電
性充填剤の配合量が少なくて済み、且つ製造が容易であ
るという特長を有する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面の粗さＲｚが３．５μｍ以下、光沢
度が５０％未満、且つ水の接触角が１１５°以上である
弗素樹脂層を、芯金の表面に設けたことを特徴とする電
子写真用熱定着ロール。