JP2005010381A - 加圧ローラ、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適度な柔軟性による画像光沢の均一性、断熱性、および、耐久性の面などで優れた加圧ローラを得る。
【解決手段】芯金２０１上に、発泡体弾性層２０２、ゴム弾性層２０３、離型層２０４がこの順序で順次積層された構成の加圧ローラにおいて、離型層２０４がフッ素系樹脂の塗装膜である。離型層２０４がフッ素系樹脂の塗装膜であるので、画像光沢の均一性、断熱性、加圧力のバラツキが小さいニップ、経時での耐久性が得られる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式において、転写紙上の未定着トナー像を加熱、加圧により定着させる加圧ローラ、定着装置及び画像形成装置に関し、例えば、普通紙複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を採用した画像形成装置に用いる、加圧ローラ、この加圧ローラを有する定着装置及びこの定着装置を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は電子写真方式の画像形成装置の説明図である。
図２に示すように、電子写真方式を用いる画像形成装置、例えば複写機、レーザプリンタは、回転する感光体ドラム１０１を有し、この感光体ドラム１０１の感光層を帯電装置１０２を用いて一様に帯電させた後で、レーザ走査ユニットからのレーザビームによって露光１０３して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像ローラ１０４から供給されるトナーによって現像してトナー像とし、転写ローラ１０６によりそのトナー像を記録紙１０７上に転写させ、更にその記録紙１０７を熱定着装置に通過させてトナー像を熱定着する様に構成されている。なお、図２中、符号１０５はパワーパック、符号１０８はクリーニング装置、符号１０９は表面電位計である。
【０００３】
この画像形成装置は白黒画像を形成するためのものであるが、これでフルカラー画像を形成する場合には、赤；マゼンタ、青；シアン、黄；イエロー、黒；ブラックの４色トナーを重ね合わせるので、各色についての現像器とそれらを重ね合わせる機構を設けることが必要である。
【０００４】
従来、図２に示すように、白黒（ブラックトナーのみ）のローラ方式の熱定着装置であるローラ方式定着器１１２においては、例えば、アルミニウムなどの中空円筒体からなる芯金の外周面にトナーの粘着を防止する為のフッ素樹脂層などからなる粘着防止層を設けた加熱定着ローラ１１０が使用されているが、この様な加熱定着ローラ１１０は芯金の中空部に回転中心線に沿ってハロゲンランプなどのヒータを配置し、その輻射熱によって加熱定着ローラ１１０を内側から加熱する様になっている。
【０００５】
更に加熱定着ローラ１１０と平行にこれに圧接する加圧ローラ１１１を設けて、加圧ローラ１１１と加熱定着ローラ１１０との間に記録紙１０７を通過させることにより記録紙１０７上に付着しているトナーを加熱定着ローラ１１０の熱により軟化（溶融）させつつ、加圧により記録紙１０７上に定着させている。
【０００６】
近年、省エネルギー化への活動が活発になっており、立ち上がり時間の短縮が検討されている。その一つとして、ヒータにより熱せられたフィルム状のエンドレスベルトを介して、記録紙上のトナーを加熱するベルト定着方法が提案、商品化されている。
【０００７】
この定着方法では、図２にベルト方式のベルト定着器１１７として示すように、定着ローラ１１４と加熱ローラ１１５とに支持された薄いフィルム状の定着ベルト１１３を直接加熱するとともに、加圧ローラ１１６により加圧することになり、電源投入後、加熱部は短時間で所定の温度に達するので、電源投入後の待ち時間を削減することが出来る。また、必要部分のみを加熱するので、電力消費も少ない利点がある。また、上記ローラ方式の場合でも、加熱定着ローラ１１０の芯金肉厚を薄くすることで熱容量を低減させるなどの手法がとられている。
【０００８】
このような、省エネ（立ち上がり時間の短縮）を目的とした定着方式の加圧ローラ１１１の構成は、芯金上にシリコーンゴムの発泡体（スポンジ）からなる弾性層を設け、さらにその上に離型層（一般的にはフッ素樹脂）を形成させたものが一般的である。弾性層に発泡体が使用される理由は、通常のゴム弾性層に比べて熱伝導率が低い、つまり断熱効果が高いこと、および、弾性層の低硬度化が可能であり、低加圧力でもニップが充分に形成されることによる。低加圧力が必要な理由として、前述した様な加熱定着ローラ１１０の薄肉化により、加熱定着ローラ１１０の強度が低下していることから、この芯金のつぶれ、撓みを防止することが挙げられる。
【０００９】
離型層材料のフッ素樹脂としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、および四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）といったものが使用される。この離型層を形成させる方法としては、発泡体弾性層上に、フッ素樹脂チューブを被覆させる方法とフッ素樹脂塗料による塗装膜形成の二通りが一般的である。
【００１０】
この発泡弾性層及び離型層を有する加圧ローラは、断熱効果及び低加圧でのニップ形成に関しては通常のゴム弾性層よりも優れるものであるが、画像面、特に光沢の均一性に関しては充分なものとはならない。画像の光沢はトナーを記録紙に定着させる際に発現するものであるが、発泡弾性層ではその内部の発泡部分（気泡部分）と母材部分（弾性材料部分）でトナーに対する圧力のかかり方が大きく異なる。この圧力のムラがそのまま画像の光沢ムラになって出現する。
【００１１】
特開平６−３５３５６号、特開平７―１３４５０９号及び特公平８−１６８１４号では、発泡体弾性層上にゴム弾性層を設け、さらにその上にフッ素チューブを被覆した加圧ローラが提案されている。これにより、加圧ローラの発泡弾性層に起因する圧力ムラは軽減される。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−３５３５６号公報
【特許文献２】
特開平７−１３４５０９号公報
【特許文献３】
特公平８−１６８１４号公報
【特許文献４】
特開２００１−２４２７３２号公報
【特許文献５】
特開２００１−１３８０５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらに記載されているようなフッ素樹脂チューブをゴム弾性層に被覆した場合には、実機で使用を重ねることにより、離型層と弾性層との間の浮き、シワ、剥がれなどが発生しやすい。また、前述した画像の光沢均一性に関しても、発泡体弾性層のみを使用した場合と比べれば改善されているものの、充分な均一性が得られているとは言い難い。
【００１４】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされた発明であり、適度な柔軟性による画像光沢の均一性、断熱性、および、耐久性の面などで優れた加圧ローラ、それを有する定着装置及び画像形成装置を提供することをその目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、芯金上に、発泡体弾性層、ゴム弾性層、離型層がこの順序で順次積層された構成の加圧ローラにおいて、
前記離型層がフッ素系樹脂の塗装膜であることを特徴とする加圧ローラである。
【００１６】
また、請求項２の発明は、前記発泡体弾性層の材料として、シリコーンゴムを用いたことを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラである。
【００１７】
また、請求項３の発明は、前記ゴム弾性層の材料として、シリコーンゴムを用いたことを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラである。
【００１８】
また、請求項４の発明は、前記離型層のフッ素樹脂が、四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、および四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂のうち、少なくとも一つを成分として含んでいることを特徴とする請求項１の加圧ローラである。
【００１９】
また、請求項５の発明は、加熱手段を有する定着ローラ及び該定着ローラに当接してニップを形成するように設けた加圧ローラを有する定着装置において、前記定着ローラが、芯金上に弾性層及び離型層を順次有し、そして、前記加圧ローラが、請求項１〜４の何れかに記載の加圧ローラからなることを特徴とする定着装置である。
【００２０】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は本発明に係る一実施形態の加圧ローラの断面図であり、（Ｂ）はその一部拡大断面図である。
【００２２】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この加圧ローラは、芯金２０１上に、発泡体弾性層２０２、ゴム弾性層２０３、離型層２０４をこの順序で順次積層してなるものである。
【００２３】
芯金２０１はＳＵＳ等の金属材料からなる芯金であり、加圧時に撓みを起こさないような強度が得られるように設計される。本実施形態では、芯金２０１を中実としたが、必要な強度が得られれば、中空であっても良い。
【００２４】
発泡体弾性層２０２は耐熱性ゴム、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴムを発泡させたものである。この発泡体は、未加硫ゴムに発泡材を加え加熱、加硫、発泡させることで得られる。ローラ形状にするためには、予め、発泡体からなるチューブを作製しておいて、前述した芯金を挿入する方法、金型内に芯金をセットし、液状未加硫ゴムを注型する方法などが一般的である。この発泡体弾性層の必要性については、従来技術の課題でも述べたが、低加圧でのニップの形成、定着ローラからの熱伝導を防止するための断熱性が挙げられる。
【００２５】
ゴム弾性層２０３は発泡体弾性層２０２の材料の粗密（気泡部分と骨格部分）による圧力ムラを低減させるために設けられた、均一のゴム弾性層である。この材料にも耐熱性のゴム材料、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム等が用いられる。この層の形成法としては、発泡体弾性層と同様に、予め、チューブ形状としておいて、前述発泡体弾性層上に被覆する方法、未加硫ゴムを注型する方法、発泡体弾性層上にコーティングする方法が用いられる。比較的薄膜の場合（〜５００μｍ）にはコーティングが最も適している。
【００２６】
離型層２０４に使用される材料としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、および四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）などのフッ素系樹脂、もしくはこれらの樹脂の混合物、耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたものが挙げられる。
【００２７】
この離型層２０４を塗装膜として成膜するには、ゴム弾性層２０３上にプライマを塗布し、その後、粉体塗料および湿式塗料を塗装・焼成する方法が用いられる。また、粉体塗料の場合には、静電塗装が用いられ、湿式塗料の場合には、スプレー塗装、ディッピング塗装、ロールコート、などが用いられる。これらの塗装による成膜、即ち塗装膜の場合には、塗装・焼成時にフッ素樹脂塗料とプライマが混ざり合い、シリコーン表面の微小な凹凸に入りこむことから、従来技術で挙げたチューブ被覆の場合よりも接着性、表面の柔軟性に優れると考えられる。
【００２８】
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
芯金上に発泡体弾性層、ゴム弾性層、の順序で積層させ、最表面に離型層を形成させた。離型層形成の方法としては、ゴム弾性層上にプライマを２〜３μｍで塗布し、その後、水系フッ素樹脂塗料をスプレー塗装し、その後焼成、成膜させた。
【００２９】
芯金：直径１４ｍｍ
発泡体弾性層：発泡シリコーンゴム材質、肉厚７．５ｍｍ、アスカーＣ；２０度ゴム弾性層：シリコーンゴム材質、肉厚０．５ｍｍ、ＪＩＳ−Ａ；２５度
離型層：ＰＦＡ材質、膜厚５０μｍ
【００３０】
（比較例１）
実施例１と同様に、ゴム弾性層を形成させ、その後離型層として、膜厚ＰＦＡチューブを被覆した。具体的には、ゴム弾性層にプライマを２〜３μｍで塗布後、内面をエッチング処理したＰＦＡチューブを被覆させ、加熱接着させた。
【００３１】
（比較例２）
芯金上に発泡体弾性層（実施例１と同材質）を肉厚８ｍｍで形成させ、その後、実施例１と同様にスプレー塗装でＰＦＡ離型層を膜厚５０μｍで成膜させた。
【００３２】
（比較例３）
芯金上にゴム弾性層（実施例１と同材質）を肉厚８ｍｍで形成させ、その後、実施例１と同様にスプレー塗装でＰＦＡ離型層を膜厚５０μｍで成膜させた。
【００３３】
これらを加圧ローラとして、リコー製コピー機：ＩｍａｇｉｏＭＦ４５７０を使用して特性評価を行なった。本実施例ではハロゲンヒータを用いて、被加熱部材を加熱しているが、特開２００１−２４２７３２号や特開２００１−１３８０５に記載されている様に、誘導加熱方式を用いて被加熱部材を加熱してもよい。
【００３４】
また、本実施例の加熱源への電力供給は商用電源から行なわれているが、補助電源を設け、当該補助電源から電力供給することも可能である。補助電源としては、特開２００２―１７４９８８号に開示されているような、電気２重層コンデンサ（電気化学キャパシタ）を利用するのが望ましい。評価結果を表１にまとめる。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１の「光沢均一性」については、ベタ画像の光沢ムラ発生状況を評価した。その評価基準は、○：良好、△：使用可能、×使用不可とした。
表１から分かるように、本発明の実施例１の構成が光沢の均一性に優れる。発泡体弾性層に直接離型層を施した場合（比較例２）には、発泡体弾性層表面の圧力ムラに起因すると思われる光沢ムラが発生している。比較例１と実施例１は離型層成膜方法が違うだけであるが、比較例１では光沢の均一性が低い。これは、チューブ被覆ではゴム弾性層および発泡体弾性層の変形に対する追従性が低いことによると考えられる。比較例３のゴム弾性層のみの場合には、後述する様に定着性の悪さによる異常画像が発生している。
【００３７】
表１の「耐久性」については、上記コピー機（ＩｍａｇｉｏＭＦ４５７０）を用いて、通紙実験を行ない、加圧ローラの破損に伴う、画像不良、ジャム等の不具合発生状況を評価した。その評価基準は次のとおりである。
○：３００，０００枚通紙で問題無し
△：３００，０００枚通紙時に異常画像は発生するが、定着は可能
×：３００，０００枚通紙までに、加圧ローラのシワ、剥がれが発生、定着不可能
【００３８】
表１に示す様に、チューブ被覆の場合には、シワおよび剥がれが発生した。本発明の実施形態でも説明した様に、離型層（チューブ）材料とプライマ成分が混合されていない、つまり、はっきりとした界面をもつことによると思われる。それに対して、離型層を塗装により成膜させた場合には、充分な接着性が得られている。この離型層は、塗装後の加熱・溶融により成膜されるが、この際に、予めゴム弾性層（発泡体弾性層）に塗布してあるプライマと溶融・混合されることにより、界面が明確で無くなっていることによると考えられる。
【００３９】
表１の「定着性」については、連続通紙時の定着性を評価した。その評価基準は、○：問題無し、×：通紙を続けることで、定着不良発生とした。
表１から分かるように、比較例３のゴム弾性層だけの場合には、連続通紙により定着不良が発生した。弾性層の変化が小さく、ニップが不充分であること、断熱硬化が小さいことによると考えられる。
【００４０】
表１の「たち上がり時間」については、上記コピー機（ヒータ電力１２００Ｗ）を用いて、２３℃から１６５℃まで到達するために必要な時間を測定した。
表１から分かるように、比較例３のゴム弾性層だけの場合以外は、ほぼ同等の断熱効果があると考えられる。
【００４１】
以上より、本発明の構成とすることで、断熱性が高く（従って、定着温度への立ち上がりが速く、定着性が優れる）、画像の光沢均一性が高く、耐久性にすぐれる加圧ローラを得ることが出来る。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、画像光沢の充分な均一性、断熱性、加圧力のバラツキが小さいニップ及び経時での耐久性が得られる加圧ローラを提供することができる。
【００４３】
また、請求項２の発明によれば、発泡体弾性層の材料としてシリコーンゴムを用いることで、耐熱性、加工性を満たすことが出来る。
【００４４】
また、請求項３の発明によれば、ゴム弾性層の材料としてシリコーンゴムを用いることで、耐熱性、加工性を満たすことが出来る。
【００４５】
また、請求項４の発明によれば、紙粉等のごみの付着も無く、耐久性に優れ、画像の光沢均一性に優れた加圧ローラを得ることが出来る。
【００４６】
また、請求項５の発明によれば、請求項１〜４の何れかの効果を備える定着装置を提供することができる。
【００４７】
また、請求項６の発明によれば、請求項５の効果を備える画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明に係る一実施形態の加圧ローラの断面図であり、（Ｂ）はその一部拡大断面図である。
【図２】画像形成装置の説明図である。
【符号の説明】
１０１ 感光体ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 露光
１０４ 現像ローラ
１０６ 転写ローラ
１０７ 記録紙
１１０ 加熱定着ローラ
１１１ 加圧ローラ
１１２ ローラ方式定着器
１１３ 定着ベルト
１１４ 定着ローラ
１１５ 加熱ローラ
１１６ 加圧ローラ
１１７ ベルト定着器
２０１ 芯金
２０２ 発泡体弾性層
２０３ ゴム弾性層
２０４ 離型層

Claims (6)

1. 芯金上に、発泡体弾性層、ゴム弾性層、離型層がこの順序で順次積層された構成の加圧ローラにおいて、
   前記離型層がフッ素系樹脂の塗装膜であることを特徴とする加圧ローラ。
2. 前記発泡体弾性層の材料として、シリコーンゴムを用いたことを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
3. 前記ゴム弾性層の材料として、シリコーンゴムを用いたことを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
4. 前記離型層のフッ素樹脂が、四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、および四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂のうち、少なくとも一つを成分として含んでいることを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
5. 加熱手段を有する定着ローラ及び該定着ローラに当接してニップを形成するように設けた加圧ローラを有する定着装置において、前記定着ローラが、芯金上に弾性層及び離型層を順次有し、そして、前記加圧ローラが、請求項１〜４の何れかに記載の加圧ローラからなることを特徴とする定着装置。
6. 請求項５に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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