KR101163301B1

KR101163301B1 - 정착 장치, 정착 장치용 롤러, 정착 장치용 가요성 슬리브 및 그 정착 장치용 롤러와 정착 장치용 가요성 슬리브의 제조 방법

Info

Publication number: KR101163301B1
Application number: KR1020107003149A
Authority: KR
Inventors: 유끼 니시자와; 겐 나까가와; 다까아끼 아까마쯔; 슈우이찌 데쯔노; 유이찌 야지마
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2012-07-05
Also published as: EP2169477A4; JP2009025612A; US20090092426A1; KR20100033425A; WO2009014227A1; CN102778833A; EP2169477A1; JP4902452B2; CN101743518A; US8086160B2; CN102778833B; EP2169477B1

Abstract

정착 장치, 정착 장치용 롤러 및 정착 장치용 가요성 슬리브는, 탄성층(1b) 상에 표면층(1c)으로서 수지 튜브를 피복한 정착 장치용 롤러(1)이며, 수지 튜브의 두께는 20㎛ 이하이고, 또한 수지 튜브의 결정화도는 50％ 이하인 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 탄성층 상에 표면층으로서 수지 튜브를 피복한 정착 장치용 롤러에 있어서, 수지 튜브를 박막화해도, 수지 튜브에 균열이 발생하지 않는다.

Description

정착 장치, 정착 장치용 롤러, 정착 장치용 가요성 슬리브 및 그 정착 장치용 롤러와 정착 장치용 가요성 슬리브의 제조 방법{FIXING DEVICE, FIXING DEVICE ROLLER, FIXING DEVICE FLEXIBLE SLEEVE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE FIXING DEVICE ROLLER AND THE FIXING DEVICE FLEXIBLE SLEEVE}

본 발명은, 전자 사진 프린터나 전자 사진 복사기 등의 화상 형성 장치에 탑재하는 정착 장치, 및 이 정착 장치에 사용되는 정착 장치용 롤러 및 정착 장치용 가요성 슬리브에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기한 정착 장치용 롤러와 정착 장치용 가요성 슬리브의 제조 방법에 관한 것이다.

전자 사진 방식의 프린터나 복사기는, 기록재 상에 형성된 미정착 토너상을 기록재에 가열 정착하는 화상 정착 장치를 갖고 있다. 정착 장치의 종류로서, 정착 롤러(정착 장치용 롤러)와, 정착 롤러의 내부에 배치한 할로겐 히터 등의 열원과, 정착 롤러와 함께 정착 닙부를 형성하는 가압 롤러를 갖는 히트 롤러 타입이 있다. 또한, 엔드리스 벨트(이하, 정착 장치용 가요성 슬리브 또는 정착 슬리브 또는 정착 필름이라고도 부름)와, 엔드리스 벨트의 내면에 접촉하는 세라믹 히터와, 엔드리스 벨트를 개재하여 세라믹 히터와 함께 정착 닙부를 형성하는 가압 롤러를 갖는 온디맨드 타입 등 다양한 타입의 정착 장치가 있다.

정착 롤러는, 강성이 높은 롤러 형상 심봉 상에 고무층과 불소 수지층을 형성한 것이다. 이 정착 롤러는, 강성이 높기 때문에 기록재에 거는 압력을 높게 할 수 있다는 이점을 갖고, 고속으로 인자하는 프린터나 복사기에 적절하게 사용된다. 한편, 정착 슬리브는, 폴리이미드 등의 수지 필름이나 스테인리스 등의 금속 필름 상에 고무층과 불소 수지층을 형성한 것이다. 이 정착 슬리브는, 열용량을 작게 할 수 있다는 이점을 갖는다. 고무층은, 실리콘 고무 등으로 형성되어 있고, 기록재나 토너상의 요철에 대하여 추종성을 향상시켜, 토너상으로 열을 균일하게 전도시켜 화상 품질을 높이는 역할을 갖는다. 불소 수지층은, 점착성을 띠고 있는 토너가 정착 롤러 표면, 정착 슬리브 표면에 부착ㆍ잔류하는 것을 방지하는 역할을 갖는다.

최근에는 프린터의 고속화나 전력 절약화, 화상 품질 향상을 위해, 정착 롤러를 사용하는 히트 롤러 타입의 정착 장치, 정착 슬리브를 사용하는 온디맨드 타입의 정착 장치, 어느 방식에 있어서도, 보다 높은 효율로 기록재에 열을 공급하는 것이 요구되고 있다. 그로 인해 정착 롤러, 정착 슬리브는, 열전도율이 높은 것, 토너상과의 접촉 열저항이 작은 것, 즉 히터로부터 토너상으로의 열전달 효율이 높은 것이 요구되고 있다.

그로 인해 고무층은 열전도율이 높은 실리콘 고무를 사용하고, 적당한 두께로 형성한다. 이에 의해, 정착 롤러나 정착 슬리브의 표면에 유연성을 부여하여 기록재나 토너상의 요철에 대하여 양호한 추종성을 확보하여, 정착 롤러와 기록재 사이의 접촉 열저항, 정착 슬리브와 기록재 사이의 접촉 열저항을 작게 할 수 있다. 그것에 반해 최표층의 불소 수지는 실리콘 고무보다 탄성률이 크고, 열전도율이 낮다. 그로 인해, 추종성을 확보하는 목적과, 열전도율을 올리는 목적의 양면으로부터 최대한 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 히터로부터 토너상으로의 열전달 효율이 높으면, 기록재 반송 속도가 빠른 프린터에 있어서도, 토너상을 기록재 표면에 견고하게 가열 정착할 수 있다. 따라서 토너상을 마찰해도, 농도 저하나 화상 결락 등이 발생하지 않는 고품위의 화상을 형성할 수 있다.

이상 설명한 이유에 의해, 불소 수지층의 박막화는 매일 검토되고 있고, 최근에는 두께 30㎛ 정도의 불소 수지 튜브가 개발되고 있다.

그런데, 재질이 불소 수지인 튜브를 고무층 상에 씌운 정착 롤러나 정착 슬리브를 장기간 사용하고 있으면, 불소 수지층 표면에 미소한 균열(이하,「불소 수지층의 균열」이라 약기함)이 발생한다. 이 불소 수지층의 균열은, 토너상을 정착할 때에 화상 불량을 발생시킨다. 또한, 사용을 더 계속하면 불소 수지층이 단열(斷裂)되어 고무층 표면으로부터 결락되어, 정착 롤러, 정착 슬리브가 사용 불가능해진다는 문제로 발전한다.

이 불소 수지층의 균열의 대책으로서, 불소 수지의 내크랙성을 향상시키는 방법이 제안되어 있다. 특허 문헌 1에는, 불소 수지가「테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로메틸비닐에테르의 공중합체」또는「테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로에틸비닐에테르의 공중합체」로 하는 방법이 제안되어 있다. 특허 문헌 2에는, 표면 이형층이 사불화 에틸렌 퍼플루오로에톡시에틸렌 공중합체를 갖고, 염산 투과량을 2.0×10^-5gㆍ㎝/㎠ 이하로 하는 정착 장치가 제안되어 있다.

일본특허공개평9-011362호공보 일본특허공개제2006-126576호공보

그러나, 고무층에 씌우는 불소 수지제의 튜브의 두께를 30㎛보다도 더 얇게 하면, 전술한 균열이 더 발생하기 쉬운 것을 알았다. 특히, 불소 수지를 재료로 하는 튜브의 두께를 20㎛ 이하로 하면 균열이 발생하기 쉽다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 구성된 표면층을 갖는 정착 장치용 롤러와, 상기 정착 장치용 롤러의 내부에 설치된 히터와, 상기 정착 장치용 롤러와 함께 토너상을 담지하는 기록재를 끼움 지지 반송하는 정착 닙부를 형성하는 가압 롤러를 갖는 정착 장치에 있어서, 상기 표면층은 두께가 20㎛ 이하이고, 결정화도가 50％ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 구성된 표면층을 갖는 정착 장치용 롤러에 있어서, 상기 표면층은 두께가 20㎛ 이하이고, 결정화도가 50％ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 구성된 표면층을 갖고, 상기 표면층은 두께가 20㎛ 이하이고, 결정화도가 50％ 이하인 정착 장치용 롤러의 제조 방법이며, 상기 베이스층 상에 상기 고무층을 형성한 롤러에 대하여, 상기 고무층을 형성한 롤러의 외경보다도 작은 내경을 갖는 두께 20㎛ 이하의 불소 수지제의 튜브를, 래디얼 방향으로 잡아 늘인 상태에서 씌우는 공정과, 상기 고무층을 형성한 롤러에 씌운 상기 튜브를 그 모선 방향으로 잡아 늘이는 공정을 갖고, 상기 튜브를 상기 모선 방향으로 잡아 늘이는 공정에 있어서의 상기 튜브의 연신율이 5％ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 구성된 표면층을 갖는 가요성 슬리브와, 상기 가요성 슬리브의 내주면에 접촉하는 히터와, 상기 가요성 슬리브를 개재하여 상기 히터와 함께 토너상을 담지하는 기록재를 끼움 지지 반송하는 정착 닙부를 형성하는 가압 롤러를 갖는 정착 장치에 있어서, 상기 표면층은 두께가 20㎛ 이하이고, 결정화도가 50％ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 구성된 표면층을 갖는 정착 장치용 가요성 슬리브에 있어서, 상기 표면층은 두께가 20㎛ 이하이고, 결정화도가 50％ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 구성된 표면층을 갖고, 상기 표면층은 두께가 20㎛ 이하이고, 결정화도가 50％ 이하인 정착 장치용 가요성 슬리브의 제조 방법이며, 상기 베이스층 상에 상기 고무층을 형성한 슬리브에 대하여, 상기 고무층을 형성한 슬리브의 외경보다도 작은 내경을 갖는 두께 20㎛ 이하의 불소 수지제의 튜브를, 래디얼 방향으로 잡아 늘인 상태에서 씌우는 공정과, 상기 고무층을 형성한 슬리브에 씌운 상기 튜브를 그 모선 방향으로 잡아 늘이는 공정을 갖고, 상기 튜브를 상기 모선 방향으로 잡아 늘이는 공정에 있어서의 상기 튜브의 연신율이 5％ 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 고무층 상에 표면층으로서 피복하는 수지 튜브를 박막화해도, 표면층에 균열이 발생하기 어렵도록 할 수 있다.

도 1은, 화상 형성 장치의 일례의 구성 모형도.
도 2는, 실시예 1에 관한 정착 장치의 일례의 횡단면 구성 모형도.
도 3a는, 정착 롤러의 제조 방법을 설명하는 제1 도면 (1).
도 3b는, 정착 롤러의 제조 방법을 설명하는 제1 도면 (2).
도 3c는, 정착 롤러의 제조 방법을 설명하는 제1 도면 (3).
도 4는, 정착 롤러의 제조 방법을 설명하는 제2 도면.
도 5a는, 정착 롤러의 제조 방법을 설명하는 제3 도면 (1).
도 5b는, 정착 롤러의 제조 방법을 설명하는 제3 도면 (2).
도 5c는, 정착 롤러의 제조 방법을 설명하는 제3 도면 (3).
도 6a는, 불소 수지 튜브의 제조 방법을 설명하는 도면 (1).
도 6b는, 불소 수지 튜브의 제조 방법을 설명하는 도면 (2).
도 7의 (a)는, 불소 수지층에 균열이 발생한 정착 롤러를 나타내는 도면.
도 7의 (b)는, 도 7의 (a)에서 도시한 정착 롤러의 일부를 확대한 도면.
도 8은, 화상 불량의 발생 상황을 설명하는 도면.
도 9는, 분말 X선 해석 장치를 사용한 결정화도의 데이터를 설명하는 도면.
도 10은, 불소 수지 튜브 샘플의 평가 결과를 나타내는 그래프.
도 11은, 실시예 2에 관한 정착 장치의 일례의 횡단면 모형도.
도 12a는, 정착 슬리브의 설명도.
도 12b는, 정착 슬리브의 단면의 일부를 도시한 도면.
도 13a는, 정착 슬리브의 제조 방법을 설명하는 제1 도면 (1).
도 13b는, 정착 슬리브의 제조 방법을 설명하는 제1 도면 (2).
도 13c는, 정착 슬리브의 제조 방법을 설명하는 제1 도면 (3).
도 14a는, 정착 슬리브의 제조 방법을 설명하는 제2 도면 (1).
도 14b는, 정착 슬리브의 제조 방법을 설명하는 제2 도면 (2).
도 14c는, 정착 슬리브의 제조 방법을 설명하는 제2 도면 (3).
도 15는, 불소 수지층에 균열이 발생한 정착 슬리브를 나타내는 도면.
도 16은, 화상 불량의 발생 상황을 설명하는 도면.
도 17a는, 불소 수지층의 균열 발생 원인을 설명하는 도면 (1).
도 17b는, 불소 수지층의 균열 발생 원인을 설명하는 도면 (2).
도 17c는, 불소 수지층의 균열 발생 원인을 설명하는 도면 (3).
도 18a는, 불소 그리스를 사용한 가속 시험 방법의 설명도 (1).
도 18b는, 불소 그리스를 사용한 가속 시험 방법의 설명도 (2).
도 19는, 불소 수지 튜브 샘플의 평가 결과를 나타내는 그래프.
도 20은, 불소 그리스를 사용한 가속 시험의 평가 결과를 나타내는 그래프.

본 발명을 도면에 기초하여 설명한다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명에 관한 정착 장치용 롤러를 구비하는 정착 장치를 탑재할 수 있는 화상 형성 장치의 일례의 구성 모형도이다. 이 화상 형성 장치는 전자 사진 방식의 풀컬러 레이저 프린터이며, A3ㆍLedger 크기에 대응하고 있다. 이 화상 형성 장치는, 기록재(시트)의 반송 속도가 120㎜/sec이다. 또한, 기록재인 보통지에 인자할 때의 처리량은 Ledger 세로 이송으로 11ppm, LTR 가로 이송으로 22ppm이다.

여기서는 설명의 순서로서, 우선 화상 형성 장치 P의 전체 구성에 대하여 설명하고, 다음에 정착 장치 F1의 구성, 정착 롤러(1)의 구성 및 제조 방법에 대하여 설명한다.

(화상 형성 장치)

본 실시예에 나타낸 화상 형성 장치 P는, 기록재 S의 반송 경로(2)와, 이 반송 경로(2)에 대하여 대략 연직 방향으로 대략 직선 형상으로 배열된 4개의 화상 형성 스테이션(3Y, 3M, 3C, 3K)을 구비하고 있다. 4개의 화상 형성 스테이션(3Y, 3M, 3C, 3K) 중, 3Y는 옐로우(이하 Y라 약기)색의 화상을 형성하는 화상 형성 스테이션이다. 3M은 마젠타(이하 M이라 약기)색의 화상을 형성하는 화상 형성 스테이션이다. 3C는 시안(이하 C라 약기)색의 화상을 형성하는 화상 형성 스테이션이다. 3K는 블랙(이하 K라 약기)색의 화상을 형성하는 화상 형성 스테이션이다.

각 화상 형성 스테이션(3Y, 3M, 3C, 3K)은, 상 담지체로서의 드럼형의 전자 사진 감광체(이하, 감광체 드럼이라 기재함)(4Y, 4M, 4C, 4K)와, 대전 수단으로서의 대전 롤러(5Y, 5M, 5C, 5K)를 갖고 있다. 또한, 각 화상 형성 스테이션(3Y, 3M, 3C, 3K)은, 노광 수단으로서의 노광 장치(6)와, 현상 수단으로서의 현상 장치(7Y, 7M, 7C, 7K)와, 클리닝 수단으로서의 클리닝 장치(8Y, 8M, 8C, 8K)를 갖고 있다. 화상 형성시에, 화상 형성 스테이션(3Y)에서는 감광체 드럼(4Y)이 화살표 방향으로 회전된다. 우선 감광체 드럼(4Y)의 외주면(표면)은 대전 롤러(5Y)에 의해 균일하게 대전되고, 그 감광체 드럼(4Y) 표면의 대전면에 노광 장치(6)에 의해 화상 정보에 따른 레이저 광이 조사됨으로써 노광되어 정전 잠상이 형성된다. 그 잠상은 상 장치(7Y)에 의해 Y 토너를 사용하여 현상화되어 Y 토너상으로 된다. 이에 의해, 감광체 드럼(4Y) 표면에 Y 토너상이 형성된다. 화상 형성 스테이션(3M, 3C, 3K)에 있어서도 같은 화상 형성 프로세스가 행하여진다. 이에 의해, 감광체 드럼(4M) 표면에 M 토너상이, 감광체 드럼(4C) 표면에 C 토너상이, 감광체 드럼(4K) 표면에 K 토너상이 각각 형성된다.

화상 형성 스테이션(3Y, 3M, 3C, 3K)의 배열 방향을 따라 설치되어 있는 엔드리스 중간 전사 벨트(9)는, 화상 형성 스테이션(3Y) 상방에 위치하는 구동 롤러(9a)와, 화상 형성 스테이션(3Y) 하방에 위치하는 종동 롤러(9b)에 걸쳐져 있다. 구동 롤러(9a)는 도 1 중 화살표 방향으로 회전한다. 이에 의해, 중간 전사 벨트(9)는, 각 화상 형성 스테이션(3Y, 3M, 3C, 3K)을 따라 120㎜/sec의 속도로 회전 이동된다. 이 중간 전사 벨트(9)의 외주면(표면)에는, 중간 전사 벨트(9)를 끼워 감광체 드럼(4Y, 4M, 4C, 4K)과 대향 배치되어 있는 일차 전사 수단(10Y, 10M, 10C, 10K)에 의해, 각 색의 토너상이 순차 겹쳐 전사된다. 이에 의해, 중간 전사 벨트(9) 표면에 4색의 풀컬러 토너상이 형성된다.

일차 전사 후에 감광체 드럼(4Y, 4M, 4C, 4K) 표면에 남은 전사 잔류 토너는, 클리닝 장치(8Y, 8M, 8C, 8K)에 설치되어 있는 도시하지 않은 클리닝 블레이드에 의해 제거된다. 이에 의해 감광체 드럼(4Y, 4M, 4C, 4K)은 다음 화상 형성에 제공된다.

한편, 화상 형성 장치 P 하부에 설치된 급송 카세트(11)에 적재 수납되어 있는 기록재 S는, 급송 롤러(12)에 의해 급송 카세트(11)로부터 1매씩 분리 급송되고, 레지스트 롤러쌍(13)으로 급송된다. 레지스트 롤러쌍(13)은, 급송된 기록재 S를, 중간 전사 벨트(9)와 중간 전사 벨트(9)를 끼워 종동 롤러(9b)와 대향하도록 배치한 이차 전사 롤러(14) 사이의 전사 닙부로 송출한다. 이차 전사 롤러(14)에는, 기록재 S가 전사 닙부를 통과할 때에 도시하지 않은 고압 전원으로부터 바이어스가 인가된다. 이에 의해 전사 닙부를 통과하는 기록재 S에 중간 전사 벨트(9) 표면으로부터 풀컬러의 토너상이 이차 전사된다. 그 토너를 담지한 기록재 S는 정착 장치 F1로 반송된다. 그 기록재 S는, 정착 장치 F1을 통과함으로써 가열 및 가압되고, 그 토너상이 기록재 S 상에 가열 정착된다. 그리고 그 기록재 S는, 정착 장치 F1로부터 화상 형성 장치 P 외부의 배출 트레이(15)로 배출된다.

이차 전사 후에 중간 전사 벨트(9) 표면에 남은 전사 잔류 토너는, 중간 전사 벨트 클리닝 장치(16)에 설치되어 있는 도시하지 않은 클리닝 블레이드에 의해 제거된다. 이에 의해 중간 전사 벨트(9)는 다음 화상 형성에 제공된다.

(정착 장치)

이하의 설명에 있어서, 정착 장치 및 이 정착 장치를 구성하는 부재에 관하여, 긴 방향이라 함은 기록재의 면에 있어서 기록재 반송 방향과 직교하는 방향이다. 짧은 방향이라 함은, 기록재의 면에 있어서 기록재 반송 방향과 평행한 방향이다. 폭이라 함은 짧은 방향의 치수이다.

도 2는 정착 장치용 롤러를 구비하는 정착 장치 F1의 일례의 횡단면 구성 모형도이다.

정착 장치 F1은, 정착 장치용 롤러인 정착 롤러(1)와, 가열체(열원)인 할로겐 램프(21)와, 가압 롤러(22)와, 입구 가이드(23)를 구비하는 장치 프레임 F11과, 온도 조절 서미스터(온도 검지 수단)(24) 등을 갖고 있다. 정착 롤러(1), 할로겐 램프(21), 가압 롤러(22)는 모두 긴 방향으로 가늘고 긴 부재이다. 정착 롤러(1)의 외경은 R=50φ(㎜), 가압 롤러(22)의 외경은 45φ(㎜)이다.

정착 롤러(1)는, 심봉(베이스층)(1a)으로서, 두께 3㎜의 알루미늄제 중공 롤러를 갖고 있다. 심봉(1a)의 내공(내부)에는 할로겐 램프(21)가 삽입 배치되어 있다. 심봉(1a)은 할로겐 램프(21)의 발열을 전열 및 복사에 의해 받는다. 그리고 그 심봉(1a)은 후술하는 탄성층(1b) 및 표면층(1c)의 열전도에 의해 정착 롤러(1)의 외주면(표면)을 소정 온도로 상승시킨다. 심봉(1a)의 외주에는, 심봉(1a)을 덮도록 두께 2㎜의 실리콘 고무가 탄성층(이하, 고무층이라 기재함)(1b)으로서 형성되어 있다. 또한 그 고무층(1b)의 외주에는, 고무층(1b)을 덮도록 표면층(1c)으로서 두께 20㎛의 PFA(테트라플루오로에틸렌 퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체)제의 수지 튜브가 피복되어 있다. 즉, 탄성층 상에 표면층으로서 불소 수지 튜브가 피복되어 있다. 이 정착 롤러(1)는, 심봉(1a)의 양단부가 장치 프레임 F11의 도시하지 않은 전후의 측판에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 할로겐 램프(21)는, 할로겐 램프(21)의 양단부가 장치 프레임 F11의 전후의 측판에 지지되어 있다.

가압 롤러(22)는, 심봉(22a)과, 이 심봉(22a)의 주위에 형성된 실리콘 고무제의 탄성층(이하, 고무층이라 기재함)(22b)과, 이 고무층(22b)의 주위에 형성된 최표층의 PFA 이형층(22c)을 갖고 있다. 이 가압 롤러(22)는, 심봉(22a)의 양단부가 장치 프레임 F11의 전후의 측판에 회전 가능하게 지지되어 있다.

정착 롤러(1)와 가압 롤러(22)는, 도시하지 않은 가압 스프링에 의해, 정착 롤러(1)의 외주면(표면)과 가압 롤러(22)의 외주면(표면)이 접촉하도록 총 가압력 686N(70kgf)으로 가압되어 있다. 그 가압력에 의해 정착 롤러(1) 표면과 가압 롤러(22) 표면을 접촉시켜, 정착 롤러(1) 표면과 가압 롤러(22) 표면 사이에 폭 약 8.0 내지 9.0㎜의 닙부(정착 닙부) N을 얻고 있다.

가압 롤러(22)는, 도시하지 않은 구동 수단에 의해 화살표 방향으로 소정의 주속도로 회전 구동된다. 그때, 닙부 N에 있어서의 가압 롤러(22) 표면과 정착 롤러(1) 표면과의 압접 마찰력에 의해 정착 롤러(1)에 회전력이 작용한다. 정착 롤러(1)는 그 회전력에 의해 화살표 방향으로 종동 회전한다. 할로겐 램프(21)에는 도시하지 않은 전원으로부터 전력이 공급된다. 이에 의해 할로겐 램프(21)가 발열하여 정착 롤러(1)를 가열한다.

온도 조절 서미스터(24)는 정착 롤러(1) 표면의 온도를 검지하고, 그 검지 신호를 통전 제어 수단이 받아들인다. 통전 제어 수단은 그 검지 신호에 기초하여 정착 롤러(1) 표면의 온도가 소정 온도(목표 온도)를 유지하도록 할로겐 램프(21)로의 통전을 제어한다.

가압 롤러(22) 및 정착 롤러(1)의 회전이 안정되고, 또한 정착 롤러(1) 표면의 온도가 소정 온도로 유지되면, 미정착 토너상 T를 담지한 기록재 S가 화살표 방향으로 반송되어 닙부 N에 도입된다. 그 기록재 S는 닙부 N에서 가압 롤러(22) 표면과 정착 롤러(1) 표면에 의해 120㎜/sec의 속도로 끼움 지지 반송된다. 그 반송 과정에서 기록재 S에 정착 롤러(1)의 열과 닙부 N의 압력이 가해져, 토너상 T는 기록재 S의 면 상에 가열 정착된다.

(정착 롤러)

종래, 정착 롤러에 있어서는, 심봉 상에 고무층을 형성하고, 그 위에 불소 수지층을 형성하는 방법으로서, 하기의 (1), (2)의 2개의 방법이 알려져 있다.

(1) 고무층 상에 액상 불소 수지 도료를 도포하고, 소성하는 방법.

(2) 고무 롤러의 외경보다 작은 내경을 갖는 불소 수지 튜브에 대하여, 불소 수지 튜브 내주면 및 고무 롤러의 외주면에 저점도의 접착제를 도포하여, 불소 수지 튜브의 직경을 확장시키면서 불소 수지 튜브를 고무 롤러에 피복하는 방법. 그때, 불소 수지 튜브의 내주면과 고무 롤러의 외주면 사이의 접착제를 윤활제로서 기능시키는 방법.

(1)의 방법에 비해, (2)의 방법에 따르면, 고무층을 고무 내열 온도 이상으로 가열할 필요도 없다. 또한, 고무층과 불소 수지층 사이의 접착성도 충분하기 때문에, 품질이 안정되고, 불소 수지층의 막 균일성도 높아 유리하다. 따라서, 본 실시예에서는 (2)의 방법을 채용하여 정착 롤러(1)를 제조하고 있다.

이하, 정착 롤러(1)의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3a 내지 도 3c, 도 4 및 도 5a 내지 도 5c는, 각각 정착 롤러(1)의 제조 방법을 설명하는 도면이다.

우선, 도 3a의 긴 길이 370㎜, 외경 50㎜, 두께 3.0㎜의 중공 알루미늄제의 심봉(1a)의 외주면(표면)을 용제 세정하여 프라이머 처리를 실시한다. 그리고 그 심봉(1a) 표면에 HTV(열가황형) 실리콘 고무를 링 도공에 의해 피복하고, 그 실리콘 고무를 가열 경화함으로써 축선 방향을 따라 외경이 균일한 직선 형상의 원 기둥형의 고무층(탄성층)(1b)을 갖는 롤러(32)를 얻는다(도 3b). 그리고 그 롤러(32)의 고무층(1b)의 외주면(표면) 전체면에 걸쳐, 접착제(도시하지 않음)를 도포한다. 접착제로서, 가열 경화형 접착제[도시바 실리콘(주)제의 TSE-3221]를 사용한다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 롤러(32)의 외경 D1은 50.0㎜, 고무 피복 부분의 축선 방향의 길이 L1은 313㎜로 한다. 도 3c에 도시한 원통 형상의 불소 수지 튜브(33)는, 내경 D는 48.7㎜, 축선 방향의 길이 L2는 350㎜로 하고, 롤러(32)의 외경 D1보다 작은 내경 D2를 갖는다. 불소 수지 튜브(33)는, 압출 성형에 의해 얻어진 불소 수지 튜브[(주) 군제제]이다. 이 불소 수지 튜브(33)의 두께는 20㎛이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 불소 수지 튜브(33)(이하, 단순히 튜브라고도 칭함)의 일단부(33a)측에 있어서, 둘레 방향으로 등간격이 되도록, 그 일단부(33a)에 4개의 척(41)을 장착한다. 튜브(33)에 장착한 척(41)을 튜브(33)의 직경 방향으로 균등하게 인장하고, 튜브(33)의 직경을 확장시키면서, 접착제가 도포 부착되어 있는 롤러(32)를 튜브(33) 내에 삽입하고, 튜브(33)를 롤러(32)의 전체면을 덮도록 완전히 피복한다. 이때, 튜브(33)의 직경은, 확장하기 전에 비해 약 2.7％ 확장시키고 있다. 그리고 롤러(32)의 삽입시의 삽입력은 2㎏으로 하고 있다.

즉, 상기한 공정에서는, 심봉(1a) 표면에 고무층(1b)을 형성한 롤러(32)에, 그 롤러(32)의 외경보다도 작은 내경을 갖는 두께 20㎛의 불소 수지 튜브(33)를, 그 수지 튜브(33)의 래디얼 방향(직경 방향)으로 잡아 늘여 씌우고 있다.

튜브(33)를 롤러(32)의 전체면을 덮도록 완전히 피복하는 공정을 거침으로써, 도 5a에 도시한 바와 같이, 튜브(33)를 롤러(32)의 축선 방향(이하, 모선 방향이라고도 칭함)의 양단부측에 여분의 길이를 갖고 있는 상태로 한다. 그리고 척(41)에 의해 튜브(33)의 일단부(33a)측을 고정하고, 그 상태에서 척(41)의 반대 방향으로부터 튜브(33)의 타단부(33b)측을 롤러(32)의 모선 방향으로 17.5㎜ 인장하고, 튜브(33)의 외주면(표면)에 발생한 주름(51)을 늘인다. 이하, 튜브를 모선 방향으로 잡아 늘이는 공정을 축방향 연신 공정이라 부른다. 본 실시예에서는, 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브(33)를 인장량은 17.5㎜로 설정하고 있다. 이 불소 수지 튜브(33)의 인장량 17.5㎜는, 불소 수지 튜브(33)의 길이 치수 350㎜에 대하여 5％에 해당한다. 다음에, 도 5b에 도시한 바와 같이 튜브(43)의 여분 길이 부분의 양단부(52)를 가열 용착하고, 200℃에서 5분간 가열하여 접착제를 경화시킨다. 마지막으로, 도 5c에 도시한 바와 같이 튜브(43)의 여분 길이 부분을 절단하여, 정착 롤러(1)를 얻는다.

즉, 상기한 축방향 연신 공정에서는, 수지 튜브(33)를 롤러(32)의 모선 방향으로 잡아 늘임으로써, 수지 튜브(33) 표면에 발생한 주름(51)을 늘이고 있다. 그 수지 튜브(33)의 연신율은 5％이다. 연신율은,

[(연신 후의 수지 튜브 길이-연신 전의 수지 튜브 길이)/연신 전의 수지 튜브 길이]×100(％)

로서 산출하였다.

(불소 수지 튜브)

본 실시예의 정착 롤러(1)에 사용되는 불소 수지 튜브(33)에 대하여 설명한다.

도 6a 및 도 6b는, 불소 수지 튜브(33)의 제조 방법을 설명하는 도면이다.

불소 수지 튜브(33)는, 도 6a에 도시한 용융 압출기를 사용하여 제조한다. 그 제조 공정은, 대략 재료 공급, 가열 용융, 압출, 사이징, 냉각, 인취, 권취, 절단의 각 공정으로 나누어져 있다. 우선 재료 공급 공정에서는, 호퍼(61)에 불소 수지 튜브(33)의 재료인 펠릿 형상 PFA(미쯔이 듀퐁 플루오로 케미컬사제, 테플론 451HPㆍJ)(62)를 투입한다. 다음에 가열 용융 공정에 있어서, 펠릿 형상 PFA는, 스크류(63)로 송출되면서 히터(64)에 의해 용융 온도 350℃로 가열된다. 다음에 압출 공정에 있어서 다이(65)(다이/맨드릴 직경: 70㎜/66㎜)로부터 튜브 형상으로 압출된다. 다음에 압출된 PFA는, 인취기(66)에 의해 인취 속도 4.0m/min으로 화살표 방향으로 인취되고, 외경 48.7㎜의 사이징 다이(67)로 들어감으로써 두께 20㎛, 외경 48.7㎜의 통 형상체로 사이징된다. 그 후 냉각 장치(68)를 거쳐 냉각되고, 권취 장치(69)에 의해 권취되어, 원하는 길이로 절단된다.

(정착 롤러의 불소 수지층의 균열과 화상 불량의 관계)

다음에,「불소 수지층(표면층)의 균열」에 대하여, 도 7의 (a)및 도 7의 (b)를 사용하여 설명한다.

도 7의 (a)는, 표면층인 불소 수지층(1c)에 균열이 발생한 정착 롤러의 일단부를 나타내는 도면이다. 본 실시예의 정착 롤러(1)와 구별하기 위해, 도 7의 (a)에 도시한 정착 롤러에 부호 1A를 부여한다. 도 7의 (a)에 도시한 정착 롤러(1A)는 불소 수지층(1c)에 균열이 발생하고 있는 점을 제외하고, 본 실시예의 정착 롤러(1)와 동일한 구성으로 되어 있다.

정착 롤러(1A)에 있어서, 불소 수지층(1c)에 발생한 균열은 매우 미세하고, 반드시 롤러(32) 긴 방향으로 신장하도록 발생한다. 균열의 긴 방향 길이는, 짧은 것으로 1㎜ 이하, 긴 것으로 50㎜ 이상으로 편차가 있다.

도 7의 (b)는, 균열이 발생한 불소 수지층(1c)의 단면 확대도를 도시한다. 불소 수지 튜브(33)의 두께 20㎛에 대하여, 균열은 폭 약 5 내지 10㎛, 깊이 약 5 내지 10㎛로 된다.

도 8은, 불소 수지층(1c)에 균열이 발생한 정착 롤러(1A)를 구비하는 정착 장치 F1을 탑재한 화상 형성 장치를 사용하여, 화상을 출력하였을 때의 화상 불량의 발생 상황을 설명하는 도면이다. 출력 화상의 화상 패턴은 전체면 옐로우의 솔리드 화상이며, 출력 화상을 인자하는 기록재 S는 OHP 용지이다.

OHP 용지에 있어서, 화상 불량은, 정착 롤러(1A) 표면에 발생한 균열에 대응하는 위치에, 헤어라인 형상의 미세한 줄무늬로 되어 나타나고, 정착 롤러(1A)가 1 회전할 때마다 동일한 패턴이 반복된다. 정착 롤러(1A)는 외경 50㎜이므로, 1주 주기 157.1㎜마다 화상 불량의 패턴이 반복된다. 이 줄무늬는, 토너량이 많은 솔리드 화상 등에 있어서 시인하기 쉬운 경향이 있다. 또한, 이 줄무늬는, 토너 표면의 광택도가 높은 경우나, OHP 용지로 광을 투과하는 경우로 보이기 쉽다. 줄무늬가 발생한 상태에서 정착 롤러(1A)의 사용을 더 계속하면, 최종적으로 불소 수지층[불소 수지 튜브(33)](1c)은 완전히 단열되어, 고무층(1b) 표면이 노출되게 된다. 고무층(1b) 표면이 노출되게 되면, 고무층(1b) 표면의 노출 부분에는 토너가 부착되어, 인자 화상을 오염시켜 중대한 화상 불량이 된다. 또한, 완전히 불소 수지 튜브(33)가 결락되면, OHP 용지와 정착 롤러(1A)의 부착력이 강해진다. 즉, 정착 롤러(1A)에 OHP 용지가 휘감기기 쉬워져, 종이 걸림이 발생하게 된다는 문제로도 발전한다.

(불소 수지층의 균열 발생 원인)

다음에, 정착 롤러(1A)의 불소 수지층(1c)의 균열의 발생 원인에 대하여 설명한다.

정착 롤러(1A)에 발생하는「불소 수지층의 균열」의 원인은, 하기의 (1), (2)의 2개의 점에 있는 것이 본 발명자들의 검토에 의해 명백해졌다.

(1) 불소 수지의 배향 결정화.

(2) 불소 수지에 걸리는 기계적 스트레스.

우선, (1)의 불소 수지의 배향 결정화에 대하여 설명한다.

배향 결정화라 함은, 중합체 분자쇄의 배향도를 극도로 향상시켰을 때에, 중합체 분자쇄끼리 원자간 힘이나 수소 결합이 작용하고, 배향 방향으로 결정화하여 소섬유 구조를 형성하는 것이다. 배향 방향으로 결정화하여 소섬유 구조를 형성한 중합체 분자쇄는, 배향 방향으로는 높은 강도와 탄성률을 갖지만, 배향축에 대하여 직각 방향으로는 역학적으로 약한 구조로 되게 된다. 또한, 소섬유화한 수지는, 표면성이 악화되어 내약품성이 열화한다.

이상 설명한 바와 같은 배향 결정화를 촉진하는 요인은, 불소 수지 튜브의 제조 공정과, 정착 롤러의 제조 공정의 양쪽에 있다.

우선, 불소 수지 튜브의 제조 공정에서 배향 결정화를 촉진하고 있는 이유에 대하여 설명한다.

도 6a에 도시한 불소 수지 튜브 제조 공정에 있어서, 불소 수지 튜브(33)를 박막화하기 위해서는, 압출된 용융 상태의 불소 수지 튜브의 인취 속도를 올려 연신 배율을 올리는 것이 가장 효과적이다. 연신 배율을 올리면, 불소 수지 고분자쇄는, 화살표 H의 방향으로 강하게 배향한다. 따라서 제조된 불소 수지 튜브(33)는, 도 6b에 도시한 화살표 H의 방향으로 배향 결정화하고 있고, H와 직각 방향[불소 수지 튜브(33)의 둘레 방향]에 있어서 역학적으로 약한 구조로 되어 있다.

도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 균열이 롤러(32) 긴 방향으로 신장하도록 발생하는 이유는, 불소 수지 튜브의 고분자의 배향 방향이 롤러(32) 긴 방향과 일치하고 있기 때문이다. 그로 인해, 불소 수지 튜브(33)를 비틀어, 롤러(32) 긴 방향과 불소 수지 튜브(33)의 고분자의 배향 방향을 일치시키지 않도록 정착 롤러를 제조한다. 그 경우, 불소 수지층(1c)의 균열은 불소 수지 튜브(33)의 고분자 배향 방향을 따라 발생하는 것이 확인되고 있다. 이 불소 수지 튜브(33)의 제조 공정에 있어서 배향 결정화를 완화시키기 위한 수단은, 인취 속도를 내려 연신 배율을 내리는 것, 불소 수지의 용융 온도를 올려 유동성을 향상시키는 것 등이 있다.

다음에, 정착 롤러 제조 공정에서 배향 결정화를 촉진하고 있는 이유에 대하여 설명한다.

도 5a 내지 도 5c에 도시한 정착 롤러 제조 공정에 있어서, 불소 수지 튜브(33)를 박막화하면, 균일하게 씌우는 것이 어려워 주름(51)이 발생하기 쉬워진다. 그로 인해, 도 5a에 도시한 방향으로, 불소 수지 튜브(33)를 보다 강하게 인장하여 주름(51)을 늘일 필요가 있다. 그러나, 배향도가 높은 불소 수지 튜브(33)를 배향 방향으로 더 인장하는 경우, 약간의 양을 늘린 것만으로도 배향 결정화를 촉진하게 된다. 그로 인해, 축방향 연신 공정에 있어서의 튜브 인장량의 절대치를, 후술하는 결정화도, 내구 시험, 가속 시험의 결과를 바탕으로 결정하고, 공차 ±1㎜ 이하의 정밀도로 관리할 필요가 있다.

다음에, (2)의 불소 수지에 걸리는 기계적 스트레스에 대하여 설명한다.

도 2에 있어서, 정착 롤러(1)와, 이 정착 롤러(1)와 압접하는 가압 롤러(22)의 2개의 롤러를 구동시키기 위해서는, 가압 롤러(22)를 구동 모터나 기어 등으로 이루어지는 구동계(구동 수단)를 이용하여 회전 구동시킨다. 이에 대한 다른 한쪽의 정착 롤러(1)는, 정착 롤러(1)와 가압 롤러가 접촉하고 있는 닙부 N에 걸리는 마찰력에 의해 화살표 방향으로 종동 회전한다. 종동 회전할 때에 정착 롤러(1)는, 심봉(1a)은 변형되지 않지만 고무층(1b)은 가압 롤러(22)와의 압력에 의해 변형된다. 이 변형량은, 고무층(1b)이 두꺼운 경우, 가압 롤러(22)와의 가압력이 강한 경우에, 보다 크게 변형되는 경향이 있다. 이때, 표면층인 불소 수지층(1c)은, 고무층(1b)의 형상을 따라 변형되고, 강한 기계적 스트레스를 받아 불소 수지 튜브(33)의 배향 결정화 방향에 대하여 직각 방향(역학적으로 약한 방향)으로 신장과 수축을 반복한다. 또한, 정착 롤러(1)의 회전 기동시의 토크는 정상 회전시의 토크에 비해 커지기 때문에, 불소 수지층(1c)은 역학적으로 약한 방향으로, 회전 기동시에 특히 큰 마찰력을 받고, 강한 기계적 스트레스를 받는다.

즉, 정착 롤러(1)의 회전이나 기동시마다, 박막화한 불소 수지 튜브(33)에 있어서 역학적으로 약한 방향으로의 스트레스가 반복되게 된다. 닙 외부로 나오면 그 힘은 해방되고, 이것을 정착 롤러(1) 회전마다 반복한다. 이것을 다수 반복함으로써 불소 수지층(1c)이 갈라져, 균열이 발생하게 된다.

본 실시예의 정착 장치 F1의 경우, 화상 형성 장치 본체의 수명이 10만매 인자일 경우, 정착 롤러 회전 기동 횟수는 최대 10만회, 회전수는 최대 100만 회전 이상에 미치기 때문에, 정착 롤러(1)의 불소 수지층(1c)에 높은 굴곡 강도가 요구된다. 화상 형성 장치 본체의 수명이라 함은, 유저빌리티나 화상 품질을 보증하고 있는 인자 매수의 범위이다. 화상 형성 장치 본체에 있어서, 유저빌리티라 함은, 예를 들어 종이 걸림의 발생 빈도, 소음, 전자기파 노이즈 등을 나타내고 있고, 화상 품질이라 함은, 위치 정밀도, 색 재현성, 농담 불균일, 화상 표면의 광택, 그 밖의 화상 불량 전반을 나타내고 있다. 따라서, 불소 수지층의 균열은, 적어도 화상 형성 장치 본체의 수명 이전에 발생해서는 안 된다.

(평가)

본 실시예의 정착 롤러(1)를 구비하는 정착 장치 F1을 탑재한 화상 형성 장치의 효과를 조사하기 위해, 토너 정착성(토너로의 열전달 효율의 높이의 지표)과, 내구 후의 균열 발생의 유무(정착 롤러 내구성의 지표)와 함께, 결정화도에 대해 평가하였다.

우선, 평가 방법의 상세에 대하여 상세하게 설명한다.

(토너 정착성의 평가 방법)

마찰 시험은, 종이에 대하여 토너가 얼만큼 견고하게 정착하고 있는지를 평가하는 방법이며, 토너로의 열전달 효율의 높이의 지표로 된다.

우선, 본 실시예의 정착 장치 F1을 사용하여, 온도 10℃ 습도 50％의 환경, 입력 전압 120V로, 정착성 평가 화상을 50매 연속하여 정착한다. 종이는, LETTER 크기의 XEROX 4024용지(XEROX사제, 90g/㎡)를 사용한다. 정착성 평가 화상이라 함은 2×2도트의 체크 플래그 패턴의 하프톤으로 구성된 5㎜×5㎜의 패치 화상(반사 농도 0.7 내지 0.8)을 종이면 내에 9군데 배치한 화상이다.

인자 후, 이 50매 중에서 소정 매수(1, 10, 20, 50매째)의 샘플을 발취한다. 그 샘플의 화상 형성면 상에 실본지(상품명)를 개재하여 소정 중량(200g)의 추를 적재한 상태에서 화상 형성면을 5 왕복 미끄럼 마찰시키고, 그 미끄럼 마찰의 전후에서의, 화상의 반사 농도를 측정한다. 반사 농도의 측정에는 Gretag Macbeth RD918(상품명)을 사용하였다. 농도 저하율은,

(마찰하기 전의 농도-마찰한 후의 농도)/마찰하기 전의 농도×100(％)

로서 산출하였다. 정착성이 가장 양호한, 즉 전혀 평가 화상이 마찰되지 않을 때의 농도 저하율은 0％이다. 그 반대로 정착성이 가장 나쁜, 즉 평가 화상이 모두 마찰되게 되었을 때에는 100％로 된다. 농도 저하율의 값이 클수록 정착성이 나쁜 것을 나타낸다.

토너 정착성의 수치의 목표로서는, 온도 10℃ 습도 50％ 환경에 있어서 농도 저하율 40％일 때, 통상 사용 환경 하에 있어서 토너상이 종이로부터 결락될 가능성이 있다. 온도 10℃ 습도 50％ 환경에 있어서 농도 저하율 30％일 때에는, 통상 사용 환경 하에 있어서 화상면을 마찰하였을 때에 토너상의 농도 저하가 발생할 가능성이 있다. 온도 10℃ 습도 50％ 환경에 있어서 농도 저하율 20％ 이하인 경우, 통상 사용 환경 하에 있어서 농도 저하 등의 문제가 발생하지 않는다. 그로 인해 본 평가의 판정은 종이면 내 9군데의 화상의 농도 저하율 중, 그 최악치를 구하여, 20％ 미만을 OK, 20％ 이상을 NG로 하였다(표 1의「정착성[％]」참조).

(내구 후의 균열의 평가 방법)

화상 형성 장치에 있어서, 2매 간헐 인쇄를 반복하여 장치 본체의 수명인 10만매까지 인자한다. 2매 간헐 인자 방법에 의한 인자는, 전사재(종이) 2매에 인자한 후에 인자를 정지시키고, 구동 모터 등의 구동계가 정지한 후, 다시 다른 전사재 2매에 인자한다. 이것을 화상 형성 장치 본체의 수명에 상당하는 10만매에 도달할 때까지 반복하여 행하고, 1만매마다 화상 체크를 행한다. 2매 간헐 인자에 있어서는, 전사재는, LETTER 크기의 XEROX 4024용지(XEROX사제, 75g/㎡)를 사용하였다. 화상 패턴은, 인자 비율이 1％로 되는 블랙 단색의 격자 모양을 사용하였다. 1만매마다 행하는 화상 체크에 있어서는, 전사재는, LETTER 크기의 HP COLOR LASER JET PRINTER TRANSPARENCY FILM(Hewlett-Packard사제)을 사용하였다. 화상 패턴은, 인자 비율이 100％로 되는 옐로우 단색의 솔리드 화상을 사용하였다. 화상 평가 방법으로서, 헤어라인 상의 화상 불량의 유무를 육안에 의해 확인하였다. 표 1로서의「내구 결과」에 나타낸 바와 같이, 화상 불량이 발생하지 않는 경우를「합격」으로 하고, 화상 불량이 발생하는 경우를 불합격으로 하였다.

(결정화도의 평가 방법)

배향 결정화의 정도를 평가하기 위해서는, X선 회절에 의한 결정화도의 측정이 유효하다. 본 평가에서는, 분말 X선 회절 장치(가부시끼가이샤 리가꾸제, 시료 수평형 강력 X선 회절 장치「RINT TTRII」)를 사용하여 결정화도의 평가를 행하였다. 또한, 결정화도의 계산에는, 상기 장치에 부속되는 해석 소프트웨어의「JADE6」을 사용하였다. 또한, 본 측정에서 얻어지는 결정화도는, 하기의 수학식 1에서 산출할 수 있다.

Ic: 결정성 산란 강도(면적)

Ia: 비결정성 산란 강도(면적)

측정 샘플인 불소 수지 튜브를 폭 2㎝, 길이 3㎝ 정도의 크기의 직사각형으로 잘라낸다. 잘라낸 측정편은, 측정 범위 내에 회절 피크를 갖지 않는 무반사 시료판(리가꾸제)에, 튜브가 느슨해지지 않도록 측정편의 양단부를 테이프로 부착하여(테이프가 X선의 조사 내로 들어가지 않도록) 고정하였다.

(측정 조건)

ㆍ관구: Cu

ㆍ평행빔 광학계

ㆍ전압: 50㎸

ㆍ전류: 300㎃

ㆍ개시 각도: 5°

ㆍ종료 각도: 25°

ㆍ샘플링 폭: 0.02°

ㆍ스캔 속도: 4.00°/min

ㆍ발산 슬릿: 개방

ㆍ발산 세로 슬릿: 10㎜

ㆍ산란 슬릿: 개방

ㆍ수광 슬릿: 개방

도 9에, 본 측정에 의해 얻어지는 데이터를 나타낸다. 횡축은 X선 입사 각도 2θ(deg), 종축은 검출되는 반사 X선의 강도(Counts)이다. 도 9 중의 데이터 곡선(91)은, 두께 15㎛의 튜브로 제작한 정착 롤러로부터 얻어진 반사 X선 강도와 X선 입사 각도 2θ(deg)의 관계이다. 우선, 얻어진 피크를, 장치 부속의 소프트웨어「JADE6」을 사용하여 피크 분리 처리를 행한다. 예를 들어, 얻어진 피크가 불소 수지 유래만인 경우, 2θ=18°부근의 날카로운 결정성 피크(92)와, 2θ=16 내지 18°부근에 정점을 갖는 넓은 비결정성 피크(93)를 지정한 후, 자동 피팅에 의해 행할 수 있다. 이상의 조작으로 얻어진 결정성 피크 면적과, 비결정질 피크 면적을, 수학식 1에 대입하여, 결정화도를 산출한다.

또한, 목적의 불소 수지 이외의 피크가 측정 범위 내에 있는 경우는, 모든 피크에 대하여, 적정한 피크 분리를 행한 후, 불소 수지 유래의 결정질 피크 면적과 비결정질 피크 면적만을 사용하여 결정화도를 산출한다. 본 실시예의 정착 롤러(1)에 있어서는, 불소 수지 튜브(33)의 두께에 따라서는 2θ=11 내지 13°부근에 정점을 갖는 고무 유래의 피크(94)가 발생하는 일이 있다. 본 실시예의 평가에 있어서 이 피크(94)가 발생한 경우, 이하와 같이 결정화도의 평가를 행하였다.

소프트웨어「JADE6」에 있어서, 2θ=18°부근의 결정성 피크(92)와, 2θ=16 내지 18°부근의 비결정성 피크(93)와, 고무 유래의 피크(94)를 모두 지정한다. 그것에 의해「JADE6」은 3개의 피크에 대하여 자동 피팅을 행하여, 결정성 피크 면적과, 비결정질 피크 면적과, 고무 유래의 피크 면적을 산출한다. 계산에 있어서는, 고무 유래의 피크 면적을 계산식에 사용하지 않고, 결정성 피크 면적과, 비결정질 피크 면적을 수학식 1에 대입하여 결정화도를 산출함으로써, 목적인 불소 수지의 결정화도를 얻을 수 있다.

[평가 결과]

이하, 평가에 사용한 실시예와 비교예의 샘플에 대하여 상세하게 설명한다.

샘플은 합계 17종류 제작하였다. 우선, 불소 수지 튜브 제조 공정에 있어서, 튜브 인취 속도에 관하여 4종류의 파라미터(2.7㎜/sec, 3.2㎜/sec, 4.0㎜/sec, 5.0㎜/sec)로 제작하였다. 그 결과, 튜브 두께는 30㎛, 25㎛, 20㎛, 15㎛의 4종류로 되었다. 각각의 두께의 튜브에 대하여, 축방향 연신량[％]을 변화시킨 샘플을 복수 제작하였다. 또한, 샘플 제작시의 축방향 연신량은, 제조시에 주름을 양호하게 제거하는 축방향 연신량[％] 및, 그 이하의 값으로 하였다. 상세한 것은 하기와 같다.

튜브 두께 15㎛에 있어서는, 제조시에 주름을 양호하게 제거하는 축방향 연신량[％]은 10％이었기 때문에, 제작한 샘플은 2％, 3％, 4％, 6％, 10％의 5종류이다.

튜브 두께 20㎛에 있어서는, 제조시에 주름을 양호하게 제거하는 축방향 연신량[％]은 8％이었기 때문에, 샘플은 1％, 2％, 3％, 4％, 5％, 6％, 8％의 7종류 제작하였다.

튜브 두께 25㎛에 있어서는, 제조시에 주름을 양호하게 제거하는 축방향 연신량[％]은 5％이었기 때문에, 샘플은 1％, 3％, 5％의 3종류 제작하였다.

튜브 두께 30㎛에 있어서는, 제조시에 주름을 양호하게 제거하는 축방향 연신량[％]은 4％이었기 때문에, 샘플은 2％, 4％의 2종류 제작하였다.

합계 17종류의 샘플의 상세한 설정과, 정착성 평가 결과와 내구성 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 1-1 내지 실시예 1-7은, 수지 튜브의 두께는 20㎛ 이하이고, 또한 수지 튜브의 결정화도는 50％ 이하이다. 비교예 1-1 내지 비교예 1-10은, 수지 튜브의 두께는 20㎛ 이상이거나, 또는 결정화도는 50％ 이상이다.

정착성은, 튜브 두께 15㎛와 20㎛에 있어서 정착성의 평가(=농도 저하율)는 20[％] 미만이며, 판정은 합격으로 되어 있고, 튜브 두께 25㎛와 30㎛에 있어서 정착성의 평가(=농도 저하율)는 20[％] 이상이며, 판정은 불합격으로 되어 있다. 즉 튜브를 박막화함으로써 토너로의 열전달 효율이 향상하고 있는 것을 나타내고 있다.

내구 결과의「합격」과「불합격」은, 내구 시험에 의한 결과를 나타내고 있다. 「합격」은 화상 형성 장치 본체의 수명 중에 불소 수지층(=정착 롤러의 표층)에 균열이 발생하지 않은 것을 나타내고,「불합격」은 균열이 발생한 것을 나타낸다. 이 결과로부터, 실시예 1-1 내지 실시예 1-7은, 정착성에 관한 합격과 내구성에 관한 합격의 양자를 만족하고 있다.

상기 결과를 그래프화한 것을 도 10에 나타낸다. 그래프의 횡축은, 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브 인장량[％], 그래프의 종축은 결정화도[％]를 나타내고 있다. 작도 라인은, 편의상 튜브 두께 15㎛, 20㎛, 25㎛, 30㎛로 나누고 있다.

도 10에 있어서, 튜브 두께 15㎛, 20㎛, 25㎛, 30㎛의 각 라인은, 단조 증가 경향, 즉 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브를 인장할수록 결정화도가 증가하는 경향을 나타내고 있다. 또한, 연신 배율을 올려 불소 수지 튜브를 얇게 해 가면, 결정화도가 상승하는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

본 평가 결과에 의해, 불소 수지층의 균열의 발생을 방지하기 위해서는, 불소 수지의 배향 결정화를 억제하여, 결정화도 50％ 이하의 정착 롤러를 만드는 것이 유효한 것을 알 수 있다.

본 실시예의 정착 롤러(1)에 있어서는, 결정화도를 50％ 이하로 억제하는 구체적인 방법은, 튜브 두께 20㎛의 경우, 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브(33)를 인장량을 5％ 이하로 하는 것이다. 또한, 튜브 두께 15㎛의 경우, 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브(33)를 인장량을 3％ 이하로 하는 것이다.

또한, 튜브에 발생하는 주름을 억제하는 것을 충분히 고려한 경우, 결정화도를 43％ 이상 50％ 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 튜브에 주름이 발생하는 것을 억제하면서 결정화도를 50％ 이하로 억제하기 위해서는, 튜브 두께 20㎛의 경우, 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브(33)를 인장량을 1％ 이상 5％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 튜브 두께 15㎛의 경우, 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브(33)를 인장량을 2％ 이상 3％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 두께 이외의 불소 수지 튜브의 차이에 의해, 주름을 억제하면서 튜브의 결정화도를 50％ 이하로 억제하기 위해 적정한 축방향 연신 공정에서의 연신율은 상이하지만, 20㎛ 이하의 두께의 불소 수지 튜브이면 1％ 이상 5％ 이하의 연신율로 설정하면, 주름의 억제와 결정화도를 대략 적정한 범위로 억제된다.

이상 설명한 바와 같이, 수지 튜브(33)의 두께를 20㎛ 이하로 함으로써, 양호한 정착성을 얻고, 또한 결정화도를 50％ 이하로 억제함으로써, 내구를 통해 불소 수지층(1c)의 균열의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 높은 열전달 효율과 고 내구성을 양립한 정착 롤러(1)를 제공할 수 있다.

[실시예 2]

본 실시예에서는, 본 발명에 관한 정착 장치용 가요성 슬리브를 구비하는 정착 장치의 일례를 설명한다. 이 정착 장치를 탑재하는 화상 형성 장치는 전자 사진 방식의 컬러 레이저 프린터이며, A4ㆍLetter 크기에 대응하고 있다. 이 화상 형성 장치는, 기록재(시트)의 반송 속도가 47㎜/sec이다. 또한, 기록재인 보통지에 인자할 때의 처리량은 Letter 가로 이송으로 8ppm이다. 화상 형성 장치의 구성은, 실시예 1의 정착 장치 F1을 제외하고 동일한 구성으로 되어 있다. 그로 인해, 실시예 1의 화상 형성 장치와 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하여 다시 설명을 생략한다.

(정착 장치)

도 11은 정착 장치용 슬리브를 구비하는 정착 장치 F2의 일례의 횡단면 모형도이다.

정착 장치 F2는, 가열체(열원)로서의 히터(111)와, 가열체 유지 부재로서의 히터 홀더(112)와, 정착 장치용 가요성 슬리브로서의 정착 슬리브(113)와, 보강 스테이(114)를 갖는다. 또한, 정착 장치 F2는, 가압 롤러(115)와, 장치 프레임 F21과, 온도 조절 서미스터(온도 검지 수단)(116)를 갖는다. 히터(111), 히터 홀더(112), 정착 슬리브(113), 보강 스테이(114), 가압 롤러(115)는 모두 긴 방향으로 가늘고 긴 부재이다.

히터 홀더(112)는, 소정의 내열성 재료에 의해 횡단면 대략 반원형 홈통형으로 형성되고, 하면의 폭방향 중앙에 긴 방향을 따라 형성된 홈부에 히터(111)를 지지하고 있다. 이 히터 홀더(112)는, 히터 홀더(112)의 양단부가 장치 프레임(21)의 도시하지 않은 전후의 측판에 지지되어 있다.

히터(111)는, 긴 방향으로 가늘고 긴 질화 알루미늄의 기판 상에, 저항 발열체, 유리 코팅을 실시한 세라믹 히터이다. 질화 알루미늄 기판의 표면[정착 슬리브(113)측의 면]에는, 저항 발열체와 그 저항 발열체를 보호하기 위한 유리 코트(보호층)가 형성되어 있다. 한편, 질화 알루미늄 기판의 이면[히터 홀더(112)측의 면]에는 서미스터(116)가 설치되어 있다. 이 히터(111)는, 히터 홀더(112)의 홈부로부터 기판의 저항 발열체측을 하향으로 노정시키고, 그 기판을 히터 홀더(112)의 홈부에 고정하여 지지시키고 있다.

정착 슬리브(113)는, 가요성 및 내열성을 갖는 원통 형상의 얇은 필름에 의해 형성되어 있다. 이 정착 슬리브(113)는, 히터 홀더(112)의 주위에 느슨하게 외측에서 끼움되어 있다.

보강 스테이(114)는 횡단면 하향의 U자형의 강성 부재로 구성되어 있다. 이 보강 스테이(114)는 히터 홀더(112)의 폭방향 중앙에 배치되어 있다.

가압 롤러(115)는, 심봉(115a)과, 이 심봉(115a)의 주위에 형성된 실리콘 고무제의 탄성층(이하, 고무층이라 기재함)(115b)과, 이 고무층(115b)의 주위에 형성된 최표층의 PFA 이형층(115c)을 갖고 있다. 이 가압 롤러(115)는, 심봉(115a)의 양단부가 장치 프레임 F21의 전후의 측판에 회전 가능하게 지지되어 있다.

보강 스테이(114)와 가압 롤러(115)는, 도시하지 않은 가압 스프링에 의해, 정착 슬리브(113)의 외주면(표면)과 가압 롤러(115)의 외주면(표면)이 접촉하도록 총 가압력 156.8N(16kgf)으로 가압되어 있다. 그 가압력에 의해 정착 슬리브(113) 표면과 가압 롤러(115) 표면을 접촉시켜, 정착 슬리브(113) 표면과 가압 롤러(115) 표면 사이에 소정 폭의 닙부(정착 닙부) N을 얻고 있다.

가압 롤러(115)는, 도시하지 않은 구동 수단에 의해 화살표 방향으로 47㎜/sec의 주속도로 회전 구동된다. 그때, 닙부 N에 있어서의 가압 롤러(115) 표면과 정착 슬리브(113) 표면과의 압접 마찰력에 의해 정착 슬리브(113)에 회전력이 작용한다. 정착 슬리브(113)는, 그 회전력에 의해 정착 슬리브(113)의 내주면(내면)이 히터(111)의 기판 표면측의 유리 코트와 밀착하여 미끄럼 이동하면서 히터 홀더(112)의 외측 주위를 화살표 방향으로 종동 회전한다. 정착 슬리브(113) 내면에는, 윤활제로서 도시하지 않은 불소계 그리스(다우코닝사제 모리코트 HP-300 그리스)가 도포되고, 히터(111)와 정착 슬리브(113) 내면과의 미끄럼 이동성을 확보하고 있다. 불소계 그리스를 사용하고 있는 이유는, 히터(111)와 정착 슬리브(113)의 히터(111)와 접하는 면의 온도가 미정착 토너상 T의 정착시에 180℃ 전후의 고온이 되기 때문이다. 이와 같은 고온 상태이어도, 불소계 그리스이면 내열성이 높고, 변질되기 어렵다는 이점을 갖고 있다. 히터(111)의 저항 발열체에는, 도시하지 않은 통전 제어 수단으로부터 통전된다. 그 통전에 의해 저항 발열체가 발열하고 히터(111)는 승온하여 정착 슬리브(113)를 가열한다.

온도 조절 서미스터(116)는 히터(111)의 온도를 검지하고, 그 검지 신호를 통전 제어 수단이 받아들인다. 통전 제어 수단은 그 검지 신호에 기초하여 히터(111)의 온도가 소정 온도(목표 온도)를 유지하도록 히터(111)로의 통전을 제어한다.

가압 롤러(115) 및 정착 슬리브(113)의 회전이 안정되고, 또한 히터(111)의 온도가 소정 온도로 유지되면, 미정착 토너상 T를 담지한 기록재 S가 화살표 방향으로 반송되어 닙부 N에 도입된다. 그 기록재 S는 닙부 N에서 가압 롤러(115) 표면과 정착 슬리브(113) 표면에 의해 47㎜/sec의 속도로 끼움 지지 반송된다. 그 반송 과정에서 기록재 S에 정착 슬리브(113)의 열과 닙부 N의 압력이 가해져, 토너상 T는 기록재 S의 면 상에 가열 정착된다.

[정착 슬리브(정착 장치용 가요성 슬리브)]

도 12a 및 도 12b는 정착 슬리브(113)의 설명도이다.

정착 슬리브(113)는, 도 12a에 도시한 바와 같이, 길이 치수 233㎜, 내경은 18.0㎜의 가요성을 갖는 원통형의 필름이다. 또한, 정착 슬리브(113)는, 도 12b에 단면 확대도를 도시한 바와 같이, 내측으로부터 스테인리스 필름(스테인리스층)(113a), 고무층(113b), 불소 수지층(불소 수지제의 튜브로 구성된 표면층)(113c)의 순서대로 적층한 구조를 갖고 있다. 즉, 원통형의 스테인리스 필름(113a)의 외주에는, 스테인리스 필름(113a)을 덮도록 탄성층으로서의 고무층(113b)이 형성되어 있다. 또한 그 고무층(1b)의 외주에는, 고무층(1b)을 덮도록 표면층(1c)으로서 수지 튜브가 피복되어 있다. 즉, 탄성층 상에 표면층으로서 수지 튜브가 피복되어 있다. 이 정착 슬리브(113)의 단위 면적당의 열용량은, 약 0.1J/㎠ㆍK 정도의 열용량의 것을 사용한다.

다음에, 정착 슬리브(113)에 있어서의 불소 수지 튜브의 피복 방법에 대하여 설명한다.

원통형 스테인리스 필름(113a) 표면에 탄성층(고무층)(1b)을 형성한 슬리브(42)(도 13b 참조)에 불소 수지 튜브를 피복하는 방법은, 기본적으로는, 실시예 1에서 설명한 롤러(32)의 경우와 동일하다. 슬리브(42)에 있어서, 롤러(32)와 상이한 점은, 심봉 형상과 고무층의 두께이다.

도 13a 내지 도 13c 및 도 14a 내지 도 14c는, 정착 슬리브의 제조 방법을 설명하는 도면이다.

우선, 도 13a의 긴 길이 250㎜, 외경 18㎜, 두께 30㎛의 원통형 스테인리스 필름(113a)의 외주면(표면)을 용제 세정하여 프라이머 처리를 실시한다. 그 원통형 스테인리스 필름(113a) 표면에 HTV(열가황형) 실리콘 고무를 링 도공에 의해 피복하고, 그 실리콘 고무를 가열 경화함으로써 직선 형상의 원 기둥형의 고무층(탄성층)(113b)을 갖는 슬리브(42)를 얻는다(도 13b). 고무층(113b)의 두께는 200㎛로 한다. 도 13c에 도시한 원통 형상의 불소 수지 튜브(123)는, 내경은 17.5㎜, 축선 방향의 길이는 300㎜로 하고 있다. 불소 수지 튜브(123)의 피복 방법은 실시예 1과 동일하다.

즉, 원통형 스테인리스 필름(113a) 표면에 탄성층(1b)을 형성한 슬리브(42)에, 그 슬리브(42)의 외경보다도 작은 내경을 갖는 두께 20㎛의 불소 수지 튜브(123)를, 그 불소 수지 튜브(123)의 래디얼 방향(직경 방향)으로 잡아 늘여 씌우고 있다.

도 14a에 도시한 바와 같이, 불소 수지 튜브(123)를 슬리브(42)의 축선 방향(이하, 모선 방향이라고도 칭함)의 양단부측에 여분의 길이를 갖고 있는 상태로 하여 고무층을 형성한 슬리브에 씌운다. 튜브를 슬리브에 피복하는 공정은, 전술한 정착 롤러의 고무층에 불소 수지 튜브를 씌우는 공정과 동일한 방법으로 행한다. 그리고 척(41)에 의해 튜브(123)의 일단부(123a)측을 고정하고, 그 상태에서 척(41)의 반대 방향으로부터 튜브(123)의 타단부(123b)측을 슬리브(42)의 모선 방향으로 15.0㎜ 인장하고, 튜브(123)의 외주면(표면)에 발생한 주름(51)을 늘인다. 그 축방향 연신 공정에 있어서 불소 수지 튜브(123)의 인장량 15.0㎜는, 불소 수지 튜브(123)의 길이 치수 300㎜에 대하여 5％에 해당한다. 다음에, 도 14b에 도시한 바와 같이 불소 수지 튜브(123)의 여분 길이 부분의 양단부(143)를 가열 용착하고, 200℃에서 5분간 가열하여 접착제를 경화시킨다. 마지막으로, 도 14c에 도시한 바와 같이 정착 슬리브의 여분 길이 부분을 절단하여, 소정 길이의 정착 슬리브(113)를 얻는다.

즉, 축방향 연신 공정에서는, 수지 튜브(123)를 슬리브(42)의 모선 방향으로 잡아 늘임으로써, 수지 튜브(123) 표면에 발생한 주름(51)을 늘이고 있다. 그 수지 튜브(123)의 연신율은 5％이다. 연신율은,

[(연신 후의 수지 튜브 길이-연신 전의 수지 튜브 길이) /연신 전의 수지 튜브 길이]×100(％)

로서 산출하였다.

(불소 수지 튜브)

가요성의 정착 슬리브(113)에 사용되는 불소 수지 튜브(123)의 제조 방법은, 기본적으로는 실시예 1의 불소 수지 튜브(33)의 제조 방법과 동일하다. 실시예 1의 불소 수지 튜브(33)의 제조 방법에 대하여 본 실시예의 불소 수지 튜브(123)의 제조 방법은 불소 수지 튜브(123)의 사이징의 직경만이 상이하다. 즉, 압출 공정에 있어서 다이(65)는, 다이/맨드릴 직경: 26㎜/22㎜로 되어 있다. 이 다이(65)로부터 튜브 형상으로 압출된 PFA가 외경 17.5㎜의 사이징 다이(67)로 들어감으로써 두께 20㎛, 외경 17.5㎜의 통 형상체로 사이징된다. 그 밖에, 불소 수지 재질, 용융 온도, 인취 속도 등은 실시예 1의 제조 방법과 동일하다.

(정착 슬리브의 불소 수지층의 균열과 화상 불량의 관계)

다음에,「불소 수지층(표면층)의 균열」에 대하여, 도 15를 사용하여 설명한다.

도 15는, 표면층인 불소 수지층(113c)에 균열이 발생한 정착 슬리브의 일단부를 나타내는 도면이다. 본 실시예의 정착 슬리브(113)와 구별하기 위해, 도 15에 도시한 정착 슬리브에 부호 113A를 부여한다. 도 15에 도시한 정착 슬리브(113A)는 불소 수지층(113c)에 균열이 발생하고 있는 점을 제외하고, 본 실시예의 정착 슬리브(113)와 동일한 구성으로 되어 있다.

정착 슬리브(113A)의 불소 수지층(113c)에 발생한 균열의 발생 상황은, 실시예 1의 정착 롤러(1A)에 있어서의 균열의 발생 상황에 대하여, 발생 위치가 조금 상이하다. 즉, 정착 슬리브(113A)에 있어서는 불소 그리스의 부착량이 많은 정착 슬리브(113) 단부에 발생하기 쉽다.

도 16은, 불소 수지층(113c)에 균열이 발생한 정착 슬리브(113A)를 구비하는 정착 장치 F2를 탑재한 화상 형성 장치를 사용하여 화상을 출력하였을 때의 화상 불량의 발생 상황을 설명하는 도면이다. 출력 화상의 화상 패턴은 전체면 옐로우의 솔리드 화상이며, 출력 화상을 인자하는 기록재 S는 OHP 용지이다.

OHP 용지에 있어서, 화상 불량은, 정착 슬리브(113A) 양단부의 균열에 대응하는 위치에, 헤어라인 형상의 미세한 줄무늬로 되어 나타나고, 정착 슬리브(113A)가 1회전할 때마다 동일한 패턴이 반복된다. 정착 슬리브(113A)는, 외경 약 18㎜이므로, 1주 주기 56.5㎜마다 화상 불량의 패턴이 반복된다. 이 줄무늬는, 정착 롤러(1A)의 경우와 마찬가지로, 토너량이 많은 솔리드 화상 등에 있어서 시인하기 쉬운 경향이 있다. 또한, 이 줄무늬는, 토너 표면의 광택도가 높은 경우나, OHP 용지로 광을 투과하는 경우에 보이기 쉽다. 줄무늬가 발생한 상태에서 정착 슬리브(113A)의 사용을 더 계속하면, 최종적으로 불소 수지층[불소 수지 튜브(123)](113c)은 완전히 단열되어, 고무층(113b) 표면이 노출되게 된다. 고무층(113b) 표면이 노출되게 되면, 고무층(113b) 표면의 노출 부분에는 토너가 부착되어, 인자 화상을 오염시켜 중대한 화상 불량으로 된다.

(불소 수지층의 균열 발생 원인)

다음에, 정착 슬리브(113)의 불소 수지층(113c)에 발생하는「불소 수지층의 균열」의 원인은, 하기의 (1), (2), (3)의 3개의 점에 있는 것이 본 발명자들의 검토에 의해 명백해졌다.

(1) 불소 수지의 배향 결정화.

(2) 불소 수지층에 걸리는 기계적 스트레스.

(3) 불소 수지 표면에 부착된 불소 그리스.

(1)의 불소 수지층의 배향 결정화는 실시예 1과 동일하다. 그로 인해 그 설명을 생략한다.

(2)의 불소 수지층에 걸리는 기계적 스트레스에 대하여 설명한다.

도 17a, 도 17b 및 도 17c는 정착 슬리브(113)의 불소 수지층(113c)의 균열 발생 원인을 설명하는 도면이다.

정착 슬리브(113)는, 도 11에 도시한 바와 같이 가압 롤러(115)로부터 부여되는 회전력에 의해, 슬리브 내면측을 히터(111)의 기판 표면측의 유리 코트와 밀착하여 미끄럼 이동하면서 히터 홀더(112)의 외측 주위를 화살표 방향으로 종동 회전한다. 종동 회전할 때의 정착 슬리브(113)의 형상은, 원형의 정착 슬리브(113)를 닙부 N에서 편평하게 눌러 찌부러뜨린 형태(도 17a의 A, B, C, D, E, F의 형상)로 된다.

도 17a에 도시한 정착 슬리브(113)의 횡단면 형태에 있어서, 히터 홀더(112)의 상향의 개구 영역에 대응하는 A, B, C부는, 정착 슬리브(113)의 종동 회전 상태의 자유 형상에 가깝고, 불소 수지층(113c)에는 스트레스가 대략 걸리고 있지 않다.

그것에 대하여, 히터 홀더(112)의 하면 폭방향의 양단부 근방의 F, D부는, 히터 홀더(112)의 하면 폭방향의 양단부 형상을 따라, 만곡하여 가장 곡률 반경이 작아진다. 본 실시예의 정착 장치 F2에서는, F, D부에서의 정착 슬리브(113)의 굴곡 반경은 rM=5㎜로 되어 있다. F부의 정착 슬리브(113)의 단면 확대도는 도 17b와 같이 된다. 즉, 스테인리스층(113a), 고무층(113b), 불소 수지층(113c)은 모두 스테인리스층(113a)의 형상을 따라, 활 형상으로 만곡한다. 이때, 스테인리스층(113a)은, 고무층(113b)이나 불소 수지층(113c)에 대하여 영률이 높기 때문에 신축하지 않고, 가장 외측의 불소 수지층(113c)이 크게 신장한다. 따라서 F, D부에 있어서의 곡률 반경이 작아질수록, 불소 수지층(113c)은 크게 신장되고, 기계적 스트레스는 커진다.

히터(111)의 폭방향 중앙의 E부에 있어서는, 히터(111)의 형상을 따라 곡률 0으로 된다. 따라서 정착 슬리브(113)의 단면 확대도는 도 17c와 같이 되고, 스테인리스층(113a), 고무층(113b), 불소 수지층(113c)은 모두 평평해지고, 불소 수지층(113c)은 자유 형상에 대하여 반대로 수축하는 방향으로 스트레스가 걸리고 있다.

또한, 정착 슬리브(113)의 회전 기동시의 토크는 정상 회전시의 토크에 비해 커진다. 그로 인해, 불소 수지층(113c)은 회전 기동시에 큰 마찰력을 받고, 강한 기계적 스트레스를 받는다.

즉, 정착 슬리브(113)의 회전이나 기동시마다, 박막화한 불소 수지 튜브(123)에 있어서 역학적으로 약한 방향으로의 스트레스가 반복되게 된다. 이것을 정착 슬리브(113)의 회전ㆍ기동시마다 반복함으로써 불소 수지(113c)가 갈라져, 균열이 발생하게 된다.

본 실시예의 정착 장치 F2의 경우, 화상 형성 장치 본체의 수명이 5만매 인자인 경우, 정착 슬리브 회전 기동 횟수는 최대 5만회, 회전수는 최대 100만 회전이상에 미치기 때문에, 높은 굴곡 강도가 요구된다.

다음에, (3)의 불소 수지 표면에 부착된 불소 그리스에 대하여 설명한다.

본 실시예의 정착 장치 F2에 있어서는, 히터(111)는 발열시 180℃ 이상의 고온으로 된다. 그때, 정착 슬리브(113) 내면에 도포되어 있는 불소 그리스는, 가열되어 유동성이 향상한다. 불소 그리스는, 정착 슬리브(113)를 가열 상태로 반복하여 회전하면, 정착 슬리브(113) 단부로부터 극미량 비어져 나오고, 모세관 현상에 의해 닙부 N을 통해 정착 슬리브(113) 표면까지 미량 돌아 들어온다. 그리고 정착 슬리브의 불소 수지층(113c)에 부착한다. 불소 그리스는, 불소 수지층(113c)의 불소 수지 중합체 구정(球晶) 사이에 침투하여, 화학 반응을 일으켜 불소 수지층(113c)의 열화를 촉진한다. 불소 수지층(113c)의 열화가 촉진되면, 정착 슬리브(113)의 회전과 함께 반복 스트레스가 가해짐으로써, 불소 수지층(113c)의 표면[정착 슬리브(113) 표면]에 균열을 발생시키게 된다.

(평가)

본 실시예의 정착 슬리브(113)를 구비하는 정착 장치 F2를 탑재한 화상 형성 장치의 효과를 조사하기 위해, 결정화도의 측정과 함께, 토너 정착성(토너로의 열전달 효율의 높이의 지표)과, 내구 후의 균열 발생의 유무(정착 슬리브 내구성의 지표)에 대하여 평가하였다. 또한, 본 실시예에서는, 정착 슬리브(113)의 불소 수지층(113c)의 균열에 관하여,「불소 그리스를 사용한 가속 시험」도 아울러 행하였다.

(불소 그리스를 사용한 가속 시험의 평가 방법)

본 평가는, 불소 그리스가 정착 슬리브(113)의 불소 수지층 표면에 부착되고, 불소 수지 중합체 구정 사이에 침투하여 열화를 촉진하였을 때의 균열 발생에 관하여, 가속 평가를 행하는 것을 목적으로 하고 있다.

가속의 방법으로서는, 불소 그리스의 부착량을 늘리는 것, 온도를 올려 화학 반응을 촉진하는 것, 정착 슬리브의 곡률 반경을 작게 하여 불소 수지층의 기계적 스트레스를 크게 하는 것이다. 그때, 정착 슬리브의 횡단면 확대도는, 도 17b와 같이 스테인리스층(113a), 고무층(113b), 불소 수지층(113c)은 모두 스테인리스층(113a)의 형상을 따라 활 형상으로 만곡하고, 가장 외측의 불소 수지층(113c)이 크게 신장한다.

구체적인 방법에 대하여 도 18a 또는 도 18b를 사용하여 설명한다.

도 18a 또는 도 18b는 불소 그리스를 사용한 가속 시험 방법의 설명도이다.

우선, 작업 중에 정착 슬리브(113)가 변형되는 것을 방지하기 위해, φ17.9㎜의 스테인리스 막대(181)(이후 코어라 기술함)를 정착 슬리브 내에 삽입한다. 그 상태에서 정착 슬리브(113)를 둘레 방향으로 8군데 절단한다. 절단 위치는, 도 18a에 도시한 바와 같이, 단부로부터 10.0㎜, 53.3㎜, 63.3㎜, 111.5㎜, 121.5㎜, 169.8㎜, 179.8㎜, 223.0㎜로 한다. 폭 10㎜로 절단한 슬리브편(182a, 182b, 182c, 182d, 182e)에 관하여, 외주면 전체에 불소계 그리스(다우코닝사제 모리코트HP-300 그리스)를 도포한다. 불소계 그리스를 도포한 슬리브편을 코어로부터 발출한 상태에서 항온조에서 200℃에서 5분간 가열하고, 항온조로부터 취출하여 실온에서 1시간 이상 냉각한다. 다음에 냉각한 슬리브편 표면의 불소계 그리스를 중성 세제를 사용하여 세정한다. 이때, 슬리브편은 변형되지 않도록 코어에 삽입하여 세정한다.

다음에, 도 18b에 도시한 바와 같이, 슬리브편을 노기스(183)로 끼움 지지하여, 슬리브편의 불소 수지층에 있어서 곡률이 가장 높은 부분 C부를 육안 관찰하고, 균열의 발생 유무를 확인한다. 균열의 발생을 육안 관찰할 때에는, 형광등을 갖는 확대경 등을 사용한다. 육안 관찰 후, 간격 d를 1㎜ 줄인다. 이것을, 도면 중 C부로 나타낸 바와 같은 균열이 발생할 때까지 반복한다. 그리고 균열이 발생하였을 때의 간격 d[㎜]의 값을 균열 발생시의 곡률 반경으로 정의하고, 슬리브편(182a, 182b, 182c, 182d, 182e)에 관하여 각 1회씩 행하여, 5점의 최대치를 사용한다. 또한, 슬리브편을 완전히 눌러 찌부러뜨려도 균열이 발생하지 않은 경우에는, d=O㎜로 정의한다. 불소 수지층에 내구성이 있어 균열이 발생하기 어려울 때, d의 값은 작아진다. 그 반대로 불소 수지층에 내구성이 없어 균열이 발생하기 쉬울 때, d의 값은 커진다.

[평가 결과]

샘플은 합계 17종류 제작하였다. 제작 내용의 내역은 실시예 1과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

합계 17종류의 샘플의 상세한 설정과, 정착성 평가 결과와 내구성 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 실시예 2-1 내지 실시예 2-7은, 수지 튜브의 두께는 20㎛ 이하이며, 또한 수지 튜브의 결정화도는 50％ 이하이다. 비교예 2-1 내지 비교예 2-10은, 수지 튜브의 두께는 20㎛ 이상이거나, 또는 결정화도는 50％ 이상이다.

내구성의「합격」과「불합격」은, 내구 시험에 의한 결과를 나타내고 있다. 「합격」은 화상 형성 장치의 수명 중에 불소 수지층(=정착 슬리브의 표층)에 균열이 발생하지 않은 것을 나타내고,「불합격」은 균열이 발생한 것을 나타낸다. 이 결과로부터, 실시예 2-1 내지 실시예 2-7은, 정착성에 관한 합격과 내구성에 관한 합격의 양자를 만족하고 있다.

상기 결과를 그래프화한 것을 도 19에 나타낸다. 그래프의 횡축은, 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브 인장량[％], 그래프의 종축은 결정화도[％]를 나타내고 있다. 작도 라인은, 편의상 튜브 두께 15㎛, 20㎛, 25㎛, 30㎛로 나누고 있다.

도 19에 있어서, 튜브 두께 15㎛, 20㎛, 25㎛, 30㎛의 각 라인은, 단조 증가 경향, 즉 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브를 인장할수록 결정화도가 증가하는 경향을 나타내고 있다. 또한, 연신 배율을 올려 불소 수지 튜브를 얇게 해 가면, 결정화도가 상승하는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

본 평가 결과에 의해, 불소 수지층의 균열의 발생을 방지하기 위해서는, 불소 수지의 배향 결정화를 억제하여, 결정화도 50％ 이하의 정착 슬리브를 만드는 것이 유효한 것을 알 수 있다.

본 실시예의 정착 슬리브(113)에 있어서는, 결정화도를 50％ 이하로 억제하는 구체적인 방법은, 튜브 두께 20㎛의 경우, 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브(123)를 인장량을 5％ 이하로 하는 것이다. 또한, 튜브 두께 15㎛의 경우에는 축방향 연신 공정에서 불소 수지 튜브(123)를 3％ 이하로 하는 것이다.

또한, 두께 이외의 불소 수지 튜브의 차이에 의해, 주름을 억제하면서 튜브의 결정화도를 50％ 이하로 억제하기 위해 적정한 축방향 연신 공정에서의 연신율은 상이하지만, 20㎛ 이하의 두께의 불소 수지 튜브이면 1％ 이상 5％ 이하의 연신율로 설정하면, 주름의 억제와 결정화도를 대략 적정한 범위로 억제한다.

이상 설명한 바와 같이, 수지 튜브(123)의 두께를 20㎛ 이하로 함으로써, 양호한 정착성을 얻고, 또한 결정화도를 50％ 이하로 억제함으로써, 내구를 통해 불소 수지층(133)의 균열의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 높은 열전달 효율과 고 내구성을 양립한 정착 슬리브를 제공할 수 있다.

또한, 튜브 두께 15㎛이며, 축방향 연신량 2％, 3％, 4％, 6％, 10％의 5종류와, 튜브 두께 20㎛이며, 축방향 연신량[％] 1％, 2％, 3％, 4％, 5％, 6％, 8％의 7종류에 있어서, 불소 그리스를 사용한 가속 시험을 행하였다.

평가 결과를 도 20에 나타낸다. 그래프의 횡축은, 결정화도[％], 그래프의 종축은 가속 시험 결과 d[㎜]를 나타내고 있다. 작도 라인은, 실선이 튜브 두께 20㎛, 점선이 튜브 두께 15㎛이다.

도 20에 있어서, 튜브 두께 20㎛, 15㎛의 각 라인은, 단조 증가 경향, 즉 결정화도가 증가할수록 불소 수지의 균열은 발생하기 쉬워져, d의 거리가 커지고 있다. 그리고 결정화도 45％ 이하에 있어서는, d=O으로 되고, 튜브 균열은 발생하고 있지 않다. 본 결과에 따르면, 결정화도를 내림으로써, 불소 수지층에 균열이 발생하기 어려워지고 있는 것을 알 수 있다.

이상의 데이터로부터, 정착 장치의 구성을 변경한 경우, 불소 수지층에 필요한 결정화도의 값은 변화하는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 정착 슬리브의 최소 곡률 반경 rM의 값에 의해, 하기 (1) (2) (3)에 나타낸 예와 같이 된다.

(1) 예를 들어, 본 실시예에 나타낸 정착 장치 F2에 있어서는, 도 17b에 도시한 바와 같이, 정착 슬리브(113)는 F, D부에 있어서 최소 굴곡 반경으로 되고, 그 값은 rM=5㎜이다. 일반적으로, 직경 30φ 내지 18φ 정도의 정착 슬리브와, 평면판의 히터를 사용하여, 수 ㎜ 폭의 닙부를 형성하는 정착 장치에 있어서는, 최소 굴곡 반경 rM은 3㎜ 내지 6㎜의 범위로 된다. rM=3㎜ 내지 6㎜의 범위인 경우, 가속 시험 결과 d의 값은, d=rM×2=6㎜ 내지 12㎜로 균열이 발생하지 않는 것이 필요하다. 따라서 d=6㎜ 이하를 달성할 필요가 있기 때문에, 결정화도는 50％ 이하인 것이 바람직하다.

(2) 정착 슬리브의 최소 굴곡 반경 rM=6㎜ 이상인 경우, 가속 시험 결과 d의 값은, d=rM×2=12㎜로 균열이 발생하지 않는 것이 필요하다. 따라서 d는 12㎜ 이하, 결정화도는 60％ 이하의 것까지 사용하는 것이 가능하다. 단, 정착 장치의 구성상 rM=6㎜ 이상으로 하는 경우, 정착 슬리브의 대경화, 정착 장치의 대형화, 닙 폭을 좁게 하는 등의 수단이 필요하다.

(3) 정착 장치에 있어서, 닙 최하류에서 정착 슬리브의 최소 굴곡 반경을 작게 하면(도 17a의 F부 근방), 불소 수지층에 토너가 잔류하기 어려워져, 화상 불량이 발생하기 어려워지는 등의 장점이 있다. 이 장점을 살리면 더 고화질의 토너 화상이 얻어진다. 결정화도는 45％ 이하로 하면, 가속 시험 결과 d의 값은, d=O㎜에 있어서도 균열이 발생하지 않기 때문에, 불소 수지층은 극단적으로 작은 굴곡에도 견딜 수 있다. 따라서, 정착 장치의 설계 자유도도 늘려, 더욱 바람직하다. 결정화도 45％ 이하를 달성하는 수단으로서는, 불소 수지 튜브 성형시의 용융 온도를 상승시켜 배향을 경감시키는 방법이나, 용융 상태의 불소 수지의 사출 조건을 변화시켜 연신 배율을 내려, 배향을 경감시키는 방법 등이 고려된다. 단, 결정화도가 40％ 이하가 되면, 불소 수지 튜브는 유연해져 구멍이 개방되기 쉬워지거나, 성형이 곤란해지는 경향이 있기 때문에, 결정화도는 40％ 내지 45％의 범위가 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 정착 장치의 구성에 의해, 불소 수지층에 필요해지는 불소 수지 튜브의 결정화도의 값은 상이하다.

본 출원은 2007년 7월 20일에 출원된 일본 특허 출원 제2007-189399호로부터의 우선권을 주장하는 것이며, 그 내용을 인용하여 본 출원의 일부로 하는 것이다.

1 : 정착 롤러
1b : 고무층(탄성층)
1c : 수지 튜브(표면층)
113 : 정착 슬리브
113b : 고무층(탄성층)
113c : 수지 튜브(표면층)

Claims

베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 된 표면층을 갖는 정착 장치용 롤러와, 상기 정착 장치용 롤러의 내부에 설치된 히터와, 상기 정착 장치용 롤러와 함께 토너상을 담지하는 기록재를 끼움 지지 반송하는 정착 닙부를 형성하는 가압 롤러를 갖는 정착 장치이며,
반경 방향으로 상기 불소 수지제의 튜브를 확장하고, 확장된 상기 불소 수지제의 튜브를 상기 정착 장치용 롤러 상에 씌움으로써 상기 표면층이 형성되고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 정착 장치용 롤러 상에 씌우기 전에는, 상기 불소 수지제의 튜브의 내경은 상기 정착 장치용 롤러의 고무층의 외경보다도 작고, 상기 불소 수지제의 튜브의 두께가 20㎛ 이하이고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 정착 장치용 롤러 상에 씌워진 이후에는 상기 불소 수지제의 튜브는 결정화도가 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
제1항에 있어서, 상기 결정화도는 43％ 이상 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 된 표면층을 갖는 정착 장치용 롤러이며,
반경 방향으로 상기 불소 수지제의 튜브를 확장하고, 확장된 상기 불소 수지제의 튜브를 상기 정착 장치용 롤러 상에 씌움으로써 상기 표면층이 형성되고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 정착 장치용 롤러 상에 씌우기 전에는, 상기 불소 수지제의 튜브의 내경은 상기 정착 장치용 롤러의 고무층의 외경보다도 작고, 상기 불소 수지제의 튜브의 두께가 20㎛ 이하이고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 정착 장치용 롤러 상에 씌워진 이후에는 상기 불소 수지제의 튜브는 결정화도가 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치용 롤러.
제3항에 있어서, 상기 결정화도는 43％ 이상 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치용 롤러.
베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 된 표면층을 갖는 정착 장치용 롤러의 제조 방법이며,
상기 베이스층 상에 상기 고무층을 형성한 고무 롤러에 불소 수지제의 튜브를 씌우는 공정과,
상기 고무층을 갖는 상기 고무 롤러에 씌운 상기 불소 수지제의 튜브를 그 모선 방향으로 잡아 늘이는 공정
을 포함하고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 고무 롤러 상에 씌워지기 전에는, 상기 불소 수지제의 튜브의 내경은 상기 고무 롤러의 고무층의 외경보다도 작고, 상기 불소 수지제의 튜브는 두께가 20㎛ 이하이고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 고무 롤러 상에 씌워진 이후에는, 상기 불소 수지제의 튜브의 결정화도가 50％ 이하가 되도록, 상기 불소 수지제의 튜브를 모선 방향으로 잡아 늘이는 공정에 있어서의 상기 불소 수지제의 연신율이 5％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치용 롤러의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 연신율은 1％ 이상 5％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치용 롤러의 제조 방법.
베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 된 표면층을 갖는 가요성 슬리브와, 상기 가요성 슬리브의 내주면에 접촉하는 히터와, 상기 가요성 슬리브를 개재하여 상기 히터와 함께 토너상을 담지하는 기록재를 끼움 지지 반송하는 정착 닙부를 형성하는 가압 롤러를 갖는 정착 장치이며,
반경 방향으로 상기 불소 수지제의 튜브를 확장하고, 확장된 상기 불소 수지제의 튜브를 상기 가요성 슬리브 상에 씌움으로써 상기 표면층이 형성되고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 가요성 슬리브 상에 씌워지기 전에는, 상기 불소 수지제의 튜브의 내경은 상기 가요성 슬리브의 고무층의 외경보다도 작고, 상기 불소 수지제의 튜브는 두께가 20㎛ 이하이고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 가요성 슬리브 상에 씌워진 이후에는 상기 불소 수지제의 튜브는 결정화도가 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
제7항에 있어서, 상기 결정화도는 43％ 이상 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 된 표면층을 갖는 정착 장치용 가요성 슬리브이며,
반경 방향으로 상기 불소 수지제의 튜브를 확장하고, 확장된 상기 불소 수지제의 튜브를 상기 가요성 슬리브 상에 씌움으로써 상기 표면층이 형성되고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 가요성 슬리브 상에 씌워지기 전에는, 상기 불소 수지제의 튜브의 내경은 상기 가요성 슬리브의 고무층의 외경보다도 작고, 상기 불소 수지제의 튜브는 두께가 20㎛ 이하이고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 가요성 슬리브 상에 씌워진 이후에는 상기 불소 수지제의 튜브는 결정화도가 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치용 가요성 슬리브.
제9항에 있어서, 상기 결정화도는 43％ 이상 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치용 가요성 슬리브.
베이스층과, 상기 베이스층 상에 형성된 고무층과, 불소 수지제의 튜브로 된 표면층을 갖는 정착 장치용 가요성 슬리브의 제조 방법이며,
상기 베이스층 상에 상기 고무층을 형성한 고무 롤러에 불소 수지제의 튜브를 씌우는 공정과,
상기 고무층을 갖는 상기 고무 롤러에 씌운 상기 불소 수지제의 튜브를 그 모선 방향으로 잡아 늘이는 공정
을 포함하고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 가요성 슬리브 상에 씌워지기 전에는, 상기 불소 수지제의 튜브의 내경은 상기 가요성 슬리브의 고무층의 외경보다도 작고, 상기 불소 수지제의 튜브는 두께가 20㎛ 이하이고,
상기 불소 수지제의 튜브가 상기 가요성 슬리브 상에 씌워진 이후에는, 상기 불소 수지제의 튜브의 결정화도가 50％ 이하가 되도록, 상기 불소 수지제의 튜브를 모선 방향으로 잡아 늘이는 공정에 있어서의 상기 불소 수지제의 연신율이 5％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치용 가요성 슬리브의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 연신율은 1％ 이상 5％ 이하인 것을 특징으로 하는 정착 장치용 가요성 슬리브의 제조 방법.