JPS5921556B2 - ゼログラフィ−用定着部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、定着部材に関し、特に、加熱定着中樹脂ベー
ス粉末が定着部材の表面にオフセットしないように改良
した加熱定着部材に関する。

本発明の定着部材の加熱定着用表面は、ロールでも平坦
な表面であつてもよく、またトナー像すなわち樹脂ベー
ス粉末像を定着させるのに適した形状であれば他のいか
なる形の表面であつてもよい。本発明は、静電的に像を
形成させ、トナーとして知られている樹脂状粉末で現像
した後、紙シートまたはその他の基体上にこの粉末像を
転写し且つ基体に融着または定着させるゼログラフィー
の分野において用いられるものである。本発明が対象と
する樹脂ベース粉末すなわちトナーは、熱可塑性樹脂を
含み且つ公知の種々の方法で通常使用されるトナーのよ
うに熱軟化性である。従来技術 樹脂状粉末すなわちトナーで形成された像を加熱定着す
るには、粉末とこれを定着させようとする基体とを比較
的高温、一般に２０ＯＴ（約９３．３℃）以上、に加熱
しなければならない。

この加熱はトナー中に使用する特定の樹脂の軟化点範囲
によつて異なる。一般に、３２５Ｆ（約１６３℃）また
はそれ以上のような高温が使用されることもあるが、基
体の温度を４００Ｔ（２０４℃）よりかなわ高温に上げ
ることは好ましくない。それは、このような高温では、
特に基体が紙の場合、基体が変色しやすいからである。
粉末像を定着させるための最も迅速で且つ確実な加熱方
法は加熱ロールのような熱表面に樹脂ベース粉末を直接
接触させることであるということは以前から知られてい
る。

しかし、多くの場合、粉末像は熱で粘着性となシ、支持
シート材が支持している像の一部分がプレートまたはロ
ールの表面に粘着するので、次の第２シートが加熱ロー
ルヘ送られて来るとき、第１シートから一部分取れてロ
ールに粘着していた像の一部が第２シートヘ転写され、
同時にこの第２シートから像の一部分が加熱ロールに付
着する。この現象は通常、”゜オフセット”と呼ばれ、
公知の現象である。この加熱表面上へのトナーのオフセ
ットを防ぐために、種々の改良されたトナー像定着方法
および装置が開発された。

これらの改良方法は、像を支持している基体シートまた
はウェブ材を少なくとも一方が加熱されている２個のロ
ールの間に送ることによつてトナー像を定着させること
から成Ｖ）像と接触するロールにはトナーのオフセット
を防ぐためテトラフルオルエナレン樹脂の薄い被覆層と
シリコーン油膜が付いている。か＼るロールの外面はシ
リコーン油で被覆した弗素化エチレン／プロピレンまた
はシリコーンエラストマーならびに弗素化有機重合体の
ような低表面エネルギー充填剤を含むシリコーンエラス
トマーなどでも製造されている。これらのロールはトナ
ーをピツクアツプする傾向があるので、一般にある種の
剥離液を絶えずロール表面全体に塗つてか＼るオフセツ
トを防がねばならないが、普通よく知られているシリコ
ーン油が一般にこの目的に好適である。しかし、絶えず
剥離液を塗布するには、別個の剥離液リザーバ卦よび剥
離液塗布装置ならびに剥離液の適量をロール上に保持さ
せておくための計量卦よび制御装置が必要である。この
ため付属装置が必要となり１剥離液供給を保つためによ
り多額の費用がか＼る。剥離液を用いない表面は一般に
トナーのオフセツトを防ぐのには不十分であり１高速ゼ
ログラフイ一複写機に使用する場合には特に不十分であ
る。発明の目的 従つて、本発明の主目的はオフセツトを起こさずに樹脂
状粉末像を迅速に定着させるための加熱定着用定着部材
を提供することにある。

本発明の別の目的は、剥離液アプリケータを使用せずに
、像のオフセツトを防止する定着部材を提供することに
ある。

発明の構成卦よび効果の概要 本発明の上記の目的および他の目的は、高温で給水能力
のある物質をその中に分散して含有しているシリコーン
ゴム層から成るロール状表面、平坦面、または、樹脂状
粉未定着用の他の適当な形の表面を有する定着部材を用
いることによつて達成される。

本発明に従えば、樹脂ベース粉末像を支持している基体
を、上記シリコーンゴム層の加熱表面に一定時間、十分
な温度で接触させて樹脂ベース粉末を基体へ融着させ且
つ基体上の融着した樹脂ベース粉末を冷却させることに
よつて、樹脂ベース粉末像が定着される。本発明の定着
部材に卦いては、シリコーンゴム層中にはシリコーンゴ
ムを分解させてシリコーンゴム層の加熱表面上の粘着化
樹脂粉末に対する剥離剤となる分解生成物を生成させる
のに十分な水または水分を供給する能力のある物質が分
散しているので、シリコーンゴム層の表面は基体上の融
着した粘着化樹脂ベース粉末に対して非付着性である。
融着した樹脂ベース粉末に対するこの分解生成物の付着
力は、融着した樹脂ベース粉末が基体に対して持つ付着
力より小さいので、シリコーンゴム層の加熱表面は粘着
化したすなわち加熱された樹脂ベース粉末に対して非付
着性であり、シリコーンゴム層の加熱表面上へのオフセ
ツトが防止される。シリコーンゴムと水との反応によつ
て生じるシリコーンゴムの分解生成物はシリコーンゴム
層の表面土の剥離剤となる。

このシリコーンゴムの分解生成物は表面エネルギーの低
い低分子量シリコーンであり、好ましくは液体で、性質
はシリコーン油に似ている。本発明の定着部材において
は、作動温度すなわち樹脂ベース粉末（すなわちトナー
）が粘着化される温度でシリコーンゴム層の分解生成物
を生成させる。

シリコーンゴムの分解は、当該技術分野では公知であジ
、トーマス（ＴｈＯｍａｓ）が６ラ２ゞ−ケミストリー
アンドテクノロジ一（ＲｕｂｂｅｒＣｈｅｍｉｓｔｒｙ
ａｎｄＴｅｃｈｎＯｌＯｇｙ）７４０，２６９（１９６
７）中で記載している。この記載によると、過酸化物に
よつて硬化されたメチルビニルシリコーンが、水の存在
の下で分解する。本発明によれば、シリコーノゴム層内
に混入させた給水能力のある物質が十分なシリコーンゴ
ムの分解生成物を生成させて、シリコーンゴム層の表面
上に剥離層を形成させる。従つて、シリコーンゴム層中
に水を供給する能力のある物質を分散させることによつ
て水の供給を行うことにより、゛分解生成物を連続的に
生成させてシリコーンゴム層の表面を被覆し、シリコー
ンゴム層の寿命中その表面土に樹脂ベース粉末すなゎち
トナーに対して非付着性の分解生成物層を与える。発明
の構成の詳細 本発明によれば、高淵で基体に樹脂ベース粉末像を定着
または融着させるための定着部材の表面は、ロールでも
平坦な表面でもあるいは他の適当な形状のものであつて
もよい。

しかし、本発明では、表面はシリコーンゴムまたはエラ
ストマーと反応して樹脂ベース粉末像に対して曝露した
表面を被覆する分解生成物を生成させるための水を保持
し供給する能力のある物質がその中に分散している少な
くとも一つのシリコーンゴムまたはエラストマ一層を持
つていなければならない。本発明は樹脂ベース粉末像の
定着または融着に使用できるほとんどいかなる形状の定
着部材にも応用できるが、便宜上、以下の説明は形状が
ほぼ円筒形のロール状部材について行う。ロール状定着
部材は、全体がシリコーンゴムまたはエラストマーで構
成されてもよい。

しかしながら、本発明の好ましい態様に於いては、ロー
ル状構造物を銅、アルミニウム、鋼などから成る中空円
筒形金属コア、あるいは、銅、鋼、アルミニウムなどの
被覆層から構成し、その上に、シリコーンゴムを分解し
て樹脂ベース粉末すなゎちトナーに付着性の分解生成物
を生成させるのに十分な水または水分を供給する能力の
ある物質がその中に分散しているシリコーンゴム層を被
覆する。本明細書中で、樹脂ベース粉末とトナーとは同
義語として用いている〇また、本明細書に｝いて閉いる
分解生成物とは、シリコーンゴムまたはエラストマーが
融着または定着ステーシヨンの作動温度に加熱されると
き、シリコーンゴムまたはエラストマーが分解して生成
する生成物であり、水の存在下に生成し、シリコーンゴ
ムまたはエラストマーより低分子量であジ、流動性が大
きく且つ低表面エネルギーの生成物である。

好ましくは分解生成物は油状である。分解生成物はシリ
コーンゴム表面上に生成し、累積して層となる。かくし
て、分解生成物は高温、例えば、２００′Ｐ〜４４０′
Ｐ（９３。３℃〜約２２７℃）におけるシリコーンゴム
またはエラストマーと水との反応生成物であＶ１すなゎ
ち、下の式（架橋は省略）で示すシリコーンゴムの加水
分解反応の生成物であると思われる。

この反応はポリシロキサン主鎖の破壊によつて生じ、ヒ
ドロキシル基の生成を伴なうものと考えられる。

事実、赤外線スペクトルによると、反応後にヒドロキシ
ル（−０Ｈ）基の存在が認められた。本発明の定着部材
の表面は、シリコーンゴム層で被覆しようとする表面に
、水を供給する能力のある物質が分散されているシリコ
ーンゴムの薄い被覆層を１回または連続的に何回も塗布
することによつて調製されるのが好ましい。

被覆しようとする表面に連続的に何回も塗布する場合、
一般に、フイルム状に被覆された表面を元分な温度に加
熱して、該被覆中に含まれている溶媒を除去しなければ
ならない。一般に、かかる温度はシリコーンゴム中に分
散している給水能力のある物質中に保持された水分を除
去しないような温度である。例えば、給水能力のある物
質が分散されているシリコーンゴムコンパウンドを繰り
返してロールに塗布して薄い被覆層にするに当たシ、毎
回の塗布の間に、被覆ロールを少なくとも２００′Ｆ（
約９３．３℃）またはそれ以上の温度に加熱してフイル
ム中に含まれている溶媒を除去する。所望の厚さの被覆
層が得られたとき、被覆層をロール表面に融着させる。
水を供給する能力のある物質が分散しているシリコーン
ゴムは、ロールに対するスリーブとして、あるいは平坦
な表面または他の適当な表面に対するマツトとして、、
施着されることもできる。

このように、本発明定着部材の表面をつくるには当業界
で公知の在来法を用いることができ、例えば、米国特許
第３４３５５００号記載のロール被覆法を使用すること
ができる。もう一つの在来法として、ロールを内部加熱
するため加熱用素子がコア中に入つている中心コア上に
、給水能力のある物質が分散しているシリコーンゴムの
外層を巻装することによつて、ロール状定着部材を製造
することもできる。シリコーンゴムに水を供給する能力
のある物質のシリコーンゴム層中への分散は、シリコー
ンゴムまたはエラストマーコンパウンドと該物質とを混
合することによつて行われ、この混合は、被覆用コンパ
ウンドを定着用表面に塗布する前に行ううのが好ましい
。

シリコーンゴムコンパウンド中への分散は当業者が公知
の通常の方法で行うことができ、例えば、シリコーンゴ
ムラテツクスまたはエラストマーまたはガム中へ当該物
質（一般に固体の形である）を撹拌または混合するなど
の適当な方法で行うことができる。このようにして分散
を行つた後、水供給能を有する物質が分散しているシリ
コーンゴムを、上述したような在来法でロールまたは定
着用部材製造に用いる他の適当な表面上に被覆する。粉
末を融着または定着させるためには、高温で基体上の樹
脂ベース粉末像と接触するような位置にシリコーンゴム
層表面を配置しなければならない。本発明によれば、水
を供給する能力のある物質が分散しているシリコーンゴ
ム層の表面に、樹脂ベース粉末像すなわちトナ像が定着
用表面と接触するときシリコーンゴム層内部から剥離剤
が供給され、定着用表面への樹脂ベース粉末すなわちト
ナーのオフセツト（付着）が防止される。有効に定着操
作を行うためには考慮しなければならない多くの因子が
あ虱これらの因子には、定着用表面の硬さ、熱伝導率、
圧力、ロールの速度またはロールとトナー像の接触速度
、熱入力などが含まれる。

これらの因子をどのように定めるべきかは当該技術分野
に訃いては周知であジ、本発明の定着部材を用いる場合
に卦いても、個々の定着操作に応じて、それらの因子を
満足するように、シリコーンゴムおよび該ゴムに分散さ
れ水を供給する能力のある物質を選択する。水を供給す
る能力のある物質が分散しているシリコーンゴム層の厚
さは、定着の条件によつて異なるが、一般に、該シリコ
ーンゴムの厚さは少なくとも約１２．７ミクロン（０．
５ミノ（ハ）にすべきである。

ゴム層の厚さが小さすざると、該層が好適に変形するこ
とができない。他方、ゴム層の厚さが大ぎすぎると、熱
伝導率が悪くなつてしまう。したがつて、好ましい実施
態様では、変形可能な表面を与えるためシリコーンゴム
層の厚さは４〜１０ミル（約１０２〜２５４ミクロン）
である。しかし、変形可能または圧縮可能な表面である
ことがあまｂ必要としない場合には、シリコーンエラス
トマーの厚さは４．０ミル（１０２ミクロン）以下であ
つてもよく、あるいは、圧縮町能な表面が所望であつて
所望の圧縮度を与えるために下塗り層がある場合にも４
．０ミル（１０２ミクロン）以下の厚さのシリコーンエ
ラストマーを使用することができる。水または水分の存
在下で分解することができるどんな種類のシリコーンゴ
ム、ガムまたはエラストマーあるいはその誘導体も本発
明の実施に適しており１定着操作で用いられる温度、例
えば、２００′Ｆ〜４４０′Ｆ（約９３．３℃〜約２０
５℃）の温度で分解を受けるシリコーンゴムが特に適し
ている。

このように、本発明で使用するシリコーンゴムは上記温
度または他の適当な作動温度で水分解性でなければなら
ない。

使用に好適なシリコーンゴムには、加硫ポリメチルビニ
ルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジ
アルキルシロキサン、弗素化シロキサンゴムまたはガム
、プロツク、ランダムまたはグラフト状などのシリコー
ンゴム共重合体が含まれる。ビニルジメナルポリシロキ
サン、ビニルフエニルポリシロキサン、卦よびメチルト
リフルオルプロピル寂よびビニルジメチルポリシロキサ
ンも、本発明で使用できるシリコーンエラストマーまた
はゴムの例であり、これらは水または水分の存在下で加
水分解反応によつて分解して低分子量液体を生成する。
本発明に使用できるシリコーンエラストマー、ガムまた
はゴムの種類を限定する唯一の因子は、高温で水の存在
下に卦いて分解生成物を生成する能力がなければならず
、分解生成物がその上に存在する粘着化した樹脂ベース
粉末またはトナーの剥離剤として作用する能力があると
いうことである。本発明に卦いては、シリコーンゴム、
エラストマーまたはガムと配合する充填剤の種類が重要
である。

シリカ、酸化テタンおよび酸化鉄のような充填剤を配合
した通常のシリコーンエラストマー組成物は一般に複写
寿命が非常に短い。例えば、２０重量％のシリカを含有
するシリコーンエラストマー定着部材は僅か１０００枚
のコピーの定着を行つただけでオフセツトが起こり、こ
のシリコーン被覆層は使用できなくなる。シリカのよう
な強化用充填剤をほとんど含まないシリコーンエラスト
マーを上記と同じ条件で用いると、１０００枚よりかな
りのコピーの定着を行つた後エラストマーが機械的に破
損して使用できなくなる。しかしながら、本発明によれ
ば、シリコーンエラストマ一に水を供給する能力のある
物質を充填剤として用いることによＶ１シリコーンエラ
ストマー定着部材の複写寿命を非常に長くすることがで
きるということがわかつた。シリコーンゴムに水を供給
する能力のある充填剤は、高温、例えば２００′Ｆ〜４
４０′Ｆ（約９３．３℃〜約２２７℃）に卦いて、シリ
コーンゴムの熱分解を起こさせ、シリコーンゴム表面上
にある粘着化された樹脂ベース粉末すなゎちトナーの剥
離剤として作用する分解生成物を生成する。

すなわち、本発明に従えば、該光填剤ないしは物質が、
水を保持し（吸水剤または水のリザーバとして作用し）
、且つ高温において、長時間にゎたりゆつくりと水を供
給（放出）するので、外部から剥離剤を塗布することな
くロールまたは他の適当な定着用表面の剥離寿命を増加
する。吸水剤あるいは水のリザーバとして作用し且つ装
置の作動中の高温度で水を放出する物質または充填剤に
は、コロイド状シリカ粒子、水和鉱物、水和した二酸化
ケイ素、殿粉、クレイなどの物質が含まれる。定着用部
材のシリコーンゴム内部に分散させることができるもう
一つの有効な水の供給源は、高温および（または）高圧
で破壊する含水カプセルである。この場合、高温訃よび
（または）高圧でカプセルが破壊するとカプセルからシ
リコーンゴムまたはガム中へ水が放出されて加水分解に
必要な水を供給するので、シリコーンゴムが分解し、粘
着化した樹脂ベース粉末の剥離剤として定着用表面を被
覆するのに適した分解生成物が生成する。本発明で使用
できる水のカプセルは、適当な混合手段によ勺シリコー
ンゴムまたはガム中に分散され得るものであればどんな
形のカプセルでもよい。当業者であれば、この特別な目
的のために水を保持するカプセルを選択できるであろう
。定着用部材のシリコーンゴム内に分散させることので
きるもう一つの水の供給源は、反応生成物が水であるよ
うな少なくとも２種の反応体成分である。

かくして、これらの成分をシリコーンゴム中に混入させ
、圧力卦よび（あるいは）高温で反応を開始させるとシ
リコーンゴム内で水が生成する。加圧バツクアツプロー
ルを用いてニツプを形成し、シリコーンゴム層の表面に
圧力を付与する場合には、ニツプ圧によつて反応圧力が
加えられることになる。高泥でシリコーンゴムに水を供
給する能力のある物質は、シリコーンゴムを分解してシ
リコーンゴム分解生成物を生成させるのに十分な水を供
給できる量でシリコーンゴムまたはガム中に存在しなけ
ればならない。

すなわち、該物質は、シリコーンゴムの重量に対して少
なくとも０．０５重量％の量で存在すべきである。他方
給水能力のある物質の量があまり多くなると、定着部材
の表面が硬くなつて、効果的に作用しなくなることがあ
る。好ましくは、給水能力のある物質または充填剤また
はカプセルは、粒度約１〜約２．５ミクロンの微細粒子
として、シリコーンゴムまたはガムの重量に対して約１
．０〜約５．０重量％の量でシリコーンゴムまたはガム
中に分散した形で存在する。以上、本発明を主として熱
伝導性ロール上のシリコーンゴム層または被覆層につい
て説明したが、本発明はかかる形状に限定されるもので
はなく、本発明の好ましい実施態様には平坦なシリコー
ンゴム表面、凸または凹のシリコーンゴム表面および定
着操作または装置に使用できる他のすべての形状の表面
も含まれる。以上、本発明の定着部材の基本的な組成卦
よび使用方法について説明したが、以下に、本発明定着
部材のシリコーンゴム組成物卦よび該定着部材の使用に
ついての実施例を示す。

実施例 約０．５７モル％のビニル基を含有するポリメチルビニ
ルシロキサン（ダウコーニング社製）のトルエン溶液中
に、シリコーンゴム（上記シロキサン）１００部につき
１．５部のコロイド状シリカ（ギアポット社から商品名
Ｓ−１７で発売されているものでキヤブ・オ・シル（Ｃ
ａｂ−０−Ｓｉｌ）として知られている）を分散させた
。

このコロイド状シリカ充填剤のシリコーンガム中への分
散は、通常のブレンデイング技術によつて行つた。コロ
イド状シリカを内部に分散させたこのシリコーンゴムを
、次に内部加熱鋼製ロールの表面に被覆層の厚さが１０
ミル（約０．２５ｍｍ）になるように被覆した。次に、
この被覆層をシリコーンガム中に加えた通常の硬化剤の
存在下に４００′｝：′（２０４℃）で３０分間硬化さ
せた。このようにして、外径３．５インチ（８８．９ｍ
ｍ）の銅管上に上記シリコーンゴムを被覆したロールを
、３．５インナ（１２．７ｍｍ）の鋼製シヤフト上にシ
リコーンゴムを取付けてつくつた加圧ロールと組合わせ
て定着試験を行つた。

加熱は、定着ロールの銅管内部に入れた７５０ワツトの
石英ランプで行つた。２０インチ／秒（５０８ｍｍ／秒
）の口ール表面速度でランプのまわりに銅管を回転させ
、シリコーンゴム層の表面をランプによつて４００′Ｆ
（２０４℃）に加熱した。

加圧ロールと定着ロールとの間のニツプの圧力は、約２
１ポンド／インナ（３．７５ｋ９／ＣＴｆＬ）とした。
この２つのロールで形成されたニツプに、トナーで現像
した静電像が形成されている標準の８．５Ｘ１１インチ
（２１．６Ｘ２７．９Ｃｒ！Ｌ）紙を供給した。この加
熱定着ロール上で樹脂ベース粉末すなわちトナーを用い
る試験により、２０００００枚以上の像の定着を行つた
。試験を停止したときには、剥離不良を起つていなかつ
た。このようは、本発明の定着部材を用いれば、唯１本
の定着ロールで、連続定着中、ロールに剥離液を塗布す
る必要がなく非常に多数の樹脂ベース粉末像の定着が可
能であることが確かめられた。次に、ギアポット社製の
キヤブ・オ・シルＳ一１７という商品名のコロイド状シ
リ刀を１００部につき５部使用する以外は上述と同じ方
法でつくつたシリコーンゴム被覆ロールを用いて定着を
行つた。

上記と同じ方法で１１５００枚のコピーの定着を行つた
が、オフセツトは全然起こらなかつたＯ水を供給する能
力のある物質がその中に分解しているシリコーンゴム層
が示す以上のようなすぐれた性能の理由は、水の存在下
にシリコーンゴムが加水分解し、その結果、生成した分
解生成物がシリコーンゴム表面上で剥離剤として作用し
、オフセツトを防ぐためと考えられる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ゼログラフィー複写装置に使用され高温において基
   体に樹脂ベース粉末像を定着させるための定着部材であ
   つて、水を保持し供給することのできる物質を分散させ
   たシリコーンゴムから成り、前記物質が前記シリコーン
   ゴムに対して少なくとも０．０５重量パーセントの量で
   存在し、該シリコーンゴムが少なくとも０．５ミル（１
   ２．７ミクロン）の厚さを有する表面を備えることを特
   徴とする前記定着部材。