JP2937622B2

JP2937622B2 - 定着ロール

Info

Publication number: JP2937622B2
Application number: JP13271992A
Authority: JP
Inventors: 康之三橋
Original assignee: Hokushin Industries Corp
Current assignee: Hokushin Industries Corp
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1992-05-25
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JPH06167900A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写機あるい
は電子写真式プリンター等電子写真プロセスを利用した
機器に用いられる定着ロールに関するものであり、とく
にニップ巾が十分に確保でき、圧縮永久歪みが少ない定
着ロールであって、高速複写にも十分対応できる定着ロ
ールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】電子写真複写機あるい
は電子写真式プリンター等電子写真プロセスを利用した
機器においては、感光体表面から複写紙に転写されたト
ナー像を複写紙に固定する必要がある。このトナー像を
固定する方法として、互いに圧接回転している加熱され
た定着ロールと加圧ロールとの間に複写紙を通過させ、
複写紙上のトナー像を熱融着し、固定する方法が知られ
ている。この方法は、装置の簡便さ、安全性あるいはコ
ピーの高速化に対処しやすいことなどの点から、現在で
は広く採用されているところである。この定着ロールと
しては、芯金表面に弾性体層を設けたロールが多く使用
されており、弾性体層を構成する素材としては、耐熱
性、弾性特性あるいは離型性などの点からシリコーンゴ
ムがよく用いられている。

【０００３】ところで、高品質の画像を有するコピーを
短時間の間に多数得ることができる複写機への要望がま
すます高まっており、感光体の開発、現像装置、転写装
置の改良など、多岐に渡って研究開発が進められてい
る。定着ロールに対する工夫もいろいろなされているの
であって、例えば、定着ロールの弾性体層として柔らか
い素材を用い、定着ロールのニップ幅を改善する技術
や、特開昭61−32081 号公報に開示されているように、
定着ロールの最も外側の層にフッ素系樹脂層を用い、ロ
ールの寿命を延ばし、しかも得られる定着画像の質を向
上させる技術が知られている。

【０００４】そのような定着ロールは、一応の成果を上
げているのであるが、柔らかいシリコーンゴム、例えば
硬度が２０°(JIS A) 以下の素材を用いた弾性層の上
に、さらにフッ素系樹脂被覆層を形成させることを試み
ると、弾性層では硬度が低い素材を使用しているにもか
かわらず、表面のフッ素系樹脂被覆層の硬度が必ずしも
低下しないことを、本出願人は見出した。そこで、さら
に、例えば硬度が８°(JIS A) 程度の極めて柔らかいシ
リコーンゴムを定着ロールの弾性層として使用すると、
強度が弱くなり圧縮永久歪みも大きく、実用的な定着ロ
ールを得ることが困難であった。

【０００５】

【発明の目的】硬度が低いシリコーンゴムを弾性体層と
して使用し、その弾性体層の表面にフッ素系樹脂被覆層
を設けた定着ロールであって、しかも、ニップ幅が十分
に確保された定着ロールを製造する新しい提案が待たれ
ていた。そこで、本発明の目的は、芯金表面にシリコー
ン弾性体層を有し、最外側にフッ素系樹脂被覆層を有す
るロールであって、しかも硬度が低い定着ロールを提供
することにある。さらに、ニップ幅を確保でき、圧縮永
久歪みが小さく、高速複写にも十分対応できる定着ロー
ルを提供することにある。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】本発明者らは、前記有
用な定着ロールを開発すべく鋭意研究の結果、ついに本
発明に到達したのであり、前記目的を達成するために、
定着ロールのフッ素系重合体表面層よりも下の層である
シリコーンゴム層として、特定の硬度および特定の粘弾
性を有するシリコーンゴムを選択使用することを特徴と
した定着ロールを提案するものである。すなわち、本発
明は、芯金表面にシリコーンゴム層を有しさらに最外層
にフッ素樹脂被覆層を有する定着ロールにおいて、該シ
リコーンゴム層の硬さが８ないし２０°(JIS A) 、２５
℃における周波数１０Ｈｚでの弾性率が２．０×１０⁷d
yn/cm² 未満、かつ、誘電正接（ｔａｎδ）が５．０×
１０^-2以下であることを特徴とする定着ロールを提供す
るものである。

【０００７】本発明においては、定着ロールのシリコー
ンゴム層として、硬さが８ないし２０°(JIS A) 、と非
常に柔らかいものを選択し、さらにそのシリコーンゴム
の動的粘弾性に着目し、２５℃における周波数１０Ｈｚ
での弾性率が２．０×１０⁷dyn/cm² 未満、かつ、誘電
正接（ｔａｎδ）が５．０×１０^-2以下であるもの選択
使用したことにより、ニップ幅を十分に確保でき、圧縮
永久歪みが小さく、通紙にも耐えることのできる、実に
画期的な定着ロールを提供することができたのである。

【０００８】

【発明の具体的な説明】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明のシリコーンゴム層の硬度は８ないし２０°
(JIS A) 、より好ましくは１０ないし１５°(JIS A) の
範囲内に設定される。硬度が２０°以上では、本発明で
要求されるに十分なニップ幅を確保することができな
い。また、硬度が８°以下では、定着ロールとして必要
な強度をもたらすことができない、という欠点がある。

【０００９】本発明のシリコーンゴム層は、さらに、２
５℃における周波数１０Ｈｚでの弾性率が２．０×１０
⁷ dyn/cm² 以下、かつ、誘電正接（ｔａｎδ）が５．０
×１０^-2以下であるものが使用される。２５℃における
周波数１０Ｈｚでの弾性率が２．０×１０⁷ dyn/cm² 以
上で、誘電正接（ｔａｎδ）が５．０×１０^-2以上とな
ると、該シリコーンゴム層の硬度に相関してローラの表
面硬度が下がらないという不都合がある。

【００１０】本発明の定着ロールにおいて用いられるシ
リコーンゴム層は、(a) 一分子中に少なくとも平均３個
のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、(b)
一分子中に、珪素原子に直接結合した水素原子を２ない
し４個有するハイドロジェンポリシロキサン、(c) 無機
充填剤の混合物を触媒の存在下に反応させることにより
調製されるシリコーンゴムから構成される。

【００１１】前記特定のオルガノポリシロキサンは、公
知のものであって、一分子中に平均少なくとも３個のア
ルケニル基を有し、ＳｉＯ結合からなる主鎖とアルケニ
ル基を含む有機基とからなる化合物が使用される。前
記、アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ヘキ
セニル基等が挙げられるが、特にビニル基が好ましい。
また、前記アルケニル基以外の有機基としては、メチル
基、エチル基、プロピル基、フェニル基、３，３，３−
トリフルオロプロピル基等の置換又は非置換の１価の炭
化水素基が挙げられる。前記オルガノポリシロキサンは
常温で１００ないし１０万ＣＳ、好ましくは、５００な
いし１×１０^５ＣＳの粘度を有するものである。これら
のオルガノポリシロキサンとしては具体的に下記のもの
を例示できる。

【化１】（ただし、上記式中、ａ、ｂおよびｃは正の整数、ｄは
３以上の正の整数である。）前記オルガノポリシロキサ
ンは、単独でもよいが２種以上の混合物であってもよい
ことは当然である。また、一部が分岐した構造であって
も、本発明の目的効果を損なわない限り使用することが
できる。

【００１２】前記第２の成分であるハイドロジェンポリ
シロキサンは、構成成分(a) と反応してシリコーン弾性
体を得る架橋剤として作用する、自体公知の化合物であ
る。本発明にて使用される化合物は、直鎖状、分岐を有
するもの、環状のもののいずれであってもよいのである
が、本発明の目的を達成するためには、珪素原子に直接
結合した水素原子を１分子中に２ないし４個有するオル
ガノハイドロジェンポリシロキサンであることが必要で
ある。一分子中に珪素原子に直接結合した水素原子が１
個のものを使用すると、本発明で要求される機能を十分
に有する弾性体としての硬化物を得ることができない。
また、前記珪素原子に結合した水素原子が４個以上では
本発明で要求される粘弾性特性が得られないからであ
る。このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの具体
例としては下記の化合物が例示できる。

【化２】（ただし、上記式中、ｌおよびｍは正の整数、ｎは０ま
たは１、２の正の整数である。）前記オルガノハイドロ
ジェンポリシロキサンは、単独でもよいが２種以上の混
合物であってもよいことは当然である。前記ハイドロジ
ェンポリシロキサンの使用量は(a) 成分の珪素原子に結
合したアルケニル基１個に対して、珪素原子に直接結合
した水素原子の０．５ないし３．５個、好ましくは１な
いし２．０個となる量である。

【００１３】前記触媒としては、前記オルガノポリシロ
キサンと前記ハイドロジェンポリシロキサンとの反応に
関与する公知の触媒であれば、どのようなものでも使用
可能である。好適な触媒として、白金又は白金族化合物
を例示することができる。さらに、具体的には、アルコ
ール変性塩化白金酸、塩化白金酸とオレフィンとの錯体
あるいは白金とビニルシロキサンとの錯体等が挙げられ
る。この触媒の添加量は所望の硬化速度が得られるよう
に適宜調節すればよいが、具体的には前記(a) 成分およ
び(b) 成分の合計量に対して、白金としての量として５
ないし５００ｐｐｍ、好ましくは１０ないし２００ｐｐ
ｍの範囲とすることができる。

【００１４】前記無機充填剤としては、シリコーンゴム
コンパウンドに用いられているものであれば、特に限定
されるものではない。具体的には、ヒヒュームドシリ
カ、沈降性シリカ、珪藻土、石英粉等が例示できる。そ
の配合量は、前記(a) 成分１００重量部に対して１０な
いし８０重量部の範囲である。

【００１５】なお、本発明の目的効果を損なわない限
り、必要に応じて、自体公知の配合剤を添加配合するこ
とができる。配合剤としては、たとえば、離型剤、導電
性カーボン、着色剤、反応制御剤、耐熱性向上剤、例え
ば、酸化鉄あるいは酸化セリウム等が例示できる。前記
離型剤としては、シリコーンオイルが知られており、反
応制御剤としては、アセチレンアルコール類等が使用さ
れ、耐熱性向上剤としては、例えば、酸化鉄あるいは酸
化セリウムが挙げられる。

【００１６】本発明の定着ロールは、公知の方法を利用
することにより製造することができる。具体的には、芯
金表面に前記各化合物の混合物からなる層を形成させ、
該混合物層を加熱硬化するさせる。ついで、フッ素系樹
脂製の薄いチューブを硬化されたゴム層の表面に配置さ
せ、加熱することにより、硬化層の表面にフッ素系樹脂
被覆層を形成させることができる。別な方法としては、
筒状金型を用意し、その金型の中央に芯金を固定し、金
型内側に前記チューブを固定し、芯金と前記チューブと
の間に、前記混合物を注入し、加熱硬化させることによ
り製造することができる。

【００１７】前記混合物層を加熱硬化させる条件は、以
下のとおりである。前記混合物層の加熱温度は100 ない
し170 ℃、好ましくは120 ないし150 ℃であり、3 分な
いし1 時間、好ましくは10ないし20分間加熱する。な
お、必要に応じて150 ないし200 ℃の温度にて、30分な
いし4 時間ポストキュアすることができる。このシリコ
ーンゴム層の厚みは適宜選定されるものであるが、例え
ば、0.2 ないし7.0mm の厚みを有するものが使用され
る。

【００１８】その表面層の原材料であるフッ素系重合体
は、定着ロールとして使用されている本出願前公知のフ
ッ素系重合体であれば、どのようなものでもよい。具体
的には、好ましいフッ素系重合体としては、テトラフル
オロエチレンのホモポリマーあるいはコポリマー、クロ
ロトリフルオロエチレンのホモポリマーあるいはコポリ
マー、テトラフルオロエチレンのホモポリマーあるいは
コポリマー、フッ化ビニルのホモポリマーあるいはコポ
リマーまたはフッ化ビニリデンのホモポリマーあるいは
コポリマーがあり、コポリマーを構成するコモノマーと
しては、前記モノマーの他に、下記の一般式にて示され
るものが挙げられる。Ｘ₁(Ｆ₂)_n ＣＸ₂ ＝ＣＸ₃ Ｘ₄ Ｘ₁(ＣＦ₂)_n ＯＣＸ₂ ＝ＣＸ₃ Ｘ₄ Ｘ₁(ＣＦ₂)_n Ｏ（ＣＦ₂ ＣＦ₂ Ｏ）_m ＣＸ₂ ＝ＣＸ₃ Ｘ
₄ （式中、Ｘ₁ 、Ｘ₂ 、Ｘ₃ 、Ｘ₄ はＦまたはＨ、ｎは１
ないし８、ｍは１ないし５である）これらの中でも、特
にテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシビ
ニルエーテルなどのモノマーを含むコポリマーが有用で
ある。このフッ素系重合体の表面層の厚みは、20ないし
200 μｍ、とくに30ないし120 μｍが好ましい。

【００１９】

【発明の効果】本発明の定着ロールは、表面にフッ素系
樹脂被覆層が形成されているので、フッ素系樹脂被覆層
が有する特性を十分発揮できるうえに、シリコーンゴム
層が有する硬度の低さが反映されたロールであるので、
優れた特性を有する定着ロールを提供することを可能と
したものである。すなわち、ニップ巾を十分に確保する
ことができたうえに、圧縮永久歪みも小さく、耐熱性、
耐久性や離型性にも優れているので、複写機定着部の高
温化や高速化にも十分対応でき、しかも寿命の長い定着
ロールを提供することができた。

【００２０】

【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的
に説明するが、本発明はこの実施例に限られるものでな
いことはいうまでもない。実施例１ (a) 成分として、下式にて示される粘度が15000 CSのシ
リコーンオイル

【化３】１００重量部に、ジメチルシリル基で表面処理された表
面積130 m²/gのヒュームドシリカ（商品名R-972 ：テグ
ッサ社製）４重量部、石英粉（平均粒径２μ）を１５重
量部、酸化鉄２重量部を加え、ゲートミキサーで均質に
混練りし、次いで塩化白金酸の２−エチルヘキサノール
２％溶液を０．３重量部、反応制御剤としてエチニルシ
クロヘキサノール０．２重量部を加え、最後に下式にて
表される

【化４】メチルハイドロジェンポリシロキサンを１０重量部加
え、均質混合して、常法により、コンパウンドを作成し
た。この試料を用いて、２ｍｍの厚さのシートを、１
２０℃／１０分の成形条件にてプレス成形法によって作
成し、その後２００℃で４時間二次加硫を行った。次ぎ
にこの硬化物を用いて、ＪＩＳＫ６３０１に準じて硬
度を測定した。また、レオロジー社製のＤＶＥスペクト
ラーを用い、弾性率および誘電正接（ｔａｎδ）を測定
した。また、一方、脱脂処理およびプライマーを塗布し
た芯金を同筒状の金型に挿入し、金型内面には金型内径
にあった、厚さ５０μｍのＰＦＡフッ素樹脂チューブを
装着させ、この金型内に前述した組成物を注入し、１０
０℃で３０分間放置しで硬化させた。その後、金型から
抜き取り、２００℃で４時間二次加硫を行い、外径４０
ｍｍ、ゴム厚さ５ｍｍのＰＦＡチューブを最外層とした
シリコーンゴムローラを製造した。このゴムローラの表
面硬度をアスカ−Ｃの硬度計を用いて測定した。測定結
果を表１に示す。

【００２１】実施例２ (a) 成分として下式にて示される粘度１×１０⁵ CSのシ
リコーンオイル１００

【化５】重量部と、(b) 成分として下式にて示されるメチルハイ
ドロジェンポリシロキサ

【化６】ン０．７重量部とする以外は、実施例１と同じ配合割
合、作業方法にて試料を作成した。この組成物を用い
て、実施例１と同じように、シートとロールを作成し、
硬度、弾性率および誘電正接（ｔａｎδ）を測定した。
測定結果を表１に示す。

【００２２】比較例１ (a) 成分として下式にて示される粘度１０万CSのシリコ
ーンオイル１００

【化７】重量部と、(b) 成分として下式にて示されるメチルハイ
ドロジェンポリシロキサ

【化８】ン０．７４重量部とする以外は、実施例１と同じ配合割
合、作業方法にて試料を作成した。この組成物を用い
て、実施例１と同じように、シートとロールを作成し、
硬度、弾性率および誘電正接（ｔａｎδ）を測定した。
得られた結果を表１に示す。測定結果を表１に示す。

【００２３】比較例２ (a) 成分として下式にて示される粘度１０万CSのシリコ
ーンオイル１００

【化９】重量部と、(b) 成分として下式にて示されるメチルハイ
ドロジェンポリシロキサ

【化１０】ン０．５重量部とする以外は、実施例１と同じ配合割
合、作業方法にて試料を作成した。この組成物を用い
て、実施例１と同じように、シートとロールを作成し、
硬度、弾性率および誘電正接（ｔａｎδ）を測定した。
得られた結果を表１に示す。測定結果を表１に示す。

【００２４】＊前記定着画像品質の欄において、「Ａ］は、定着画像
の品質が優れていることを示し、「Ｂ」は、定着画像品
質が優れていないことを示す。＊弾性率および誘電正接（ｔａｎδ) は、レオロジー社
製のDYNAMIC VISCO-ELASTIC ANALYZER（DVE スペクトラ
ー）を用いて測定した。具体的には、２５±１℃の雰囲
気で、初期荷重２００ｇにて、周波数を１Ｈｚから１０
０Ｈｚまで変化させ、圧縮モードで測定し、周波数１０
Ｈｚの値を求めた。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】芯金表面にシリコーンゴム層を有しさら
に最外層にフッ素樹脂被覆層を有する定着ロールにおい
て、該シリコーンゴム層の硬さが８ないし２０°(JIS
A) 、２５℃における周波数１０Ｈｚでの弾性率が２．
０×１０⁷ dyn/cm² 未満、かつ、誘電正接（ｔａｎδ）
が５．０×１０^-2以下であることを特徴とする定着ロー
ル。
【請求項２】該シリコーンゴム層が、一分子中に、少
なくとも平均３個のアルケニル基を有するオルガノポリ
シロキサン(a) 、一分子中に、珪素原子に直接結合した
水素原子を２ないし４個有するオルガノハイドロジェン
ポリシロキサン(b) 、無機充填剤(c) の混合物から得ら
れたものである請求項１記載の定着ロール。
【請求項３】前記フッ素樹脂被覆層がテトラフルオロ
エチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合
体からなる請求項１ないし２記載の定着ロール。