JP2004109529A

JP2004109529A - 定着ローラ

Info

Publication number: JP2004109529A
Application number: JP2002272342A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Katabami; 方波見　浩; Takuzo Kurachi; 倉地　卓三
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】省エネ化を狙いとした薄い肉厚からなる芯金を有する定着ローラーにおいて、弾性層を付加させてもオイル塗布やクリーニング機構を設けることなく良好な非粘着性が得られる加熱定着ローラを提供することを目的とする。
【解決手段】加圧ローラーに圧接しながら回転することにより未定着トナーを転写紙に定着する少なくとも芯金、弾性体層、接着層、フッ素樹脂粉末焼成最表面層を順に有する定着ローラおいて、焼成した前記弾性体層表面を、ろ波最大うねり５μｍ以下にし、該弾性体層表面に、表面電気抵抗１×１０^１０Ω以下の接着層を設け、該接着層上にフッ素樹脂粉末を吹付け、フッ素樹脂層の表面を２５０℃〜３００℃に加熱し軸方向に圧力をかけて定着ローラを形成したことを特徴とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置用定着装置の定着ローラに関し、さらに詳しくは、導電性接着層の上にフッ素樹脂層を表面層として設け、省エネ性、離型性に優れた定着ローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転写紙上のトナーを加熱溶融させ転写紙に密着させる画像形成装置用定着装置は、定着ローラの内部にハロゲンヒータを点灯させ熱を芯金を介して、ローラー表面の離型層に伝熱させ加熱定着するのが一般的であるが、近年、こと務機器の省エネの観点から、ハロゲンヒータの点灯時間を短くさせるために芯金肉厚を薄くする方法が取られている。
【０００３】
また、定着における画像品質を鮮明にさせる為、適度な弾性を持たせるシリコンゴムやフッ素ゴムの様な耐熱性のゴムを芯金と離型層の間に設ける方法が取られている。
【０００４】
加熱定着ローラーの製造方法は、アルミニウム合金や鉄系金属からなる円筒体の表面を切削、研削加工によって円筒体の両端部の外径を中央部より大きくしてなる鼓形状にし、芯金としている。この芯金表面をサンドブラスト、エッチング、液体ホーニングによって荒らし、弾性層用プライマーを塗布し、１００〜１５０℃の雰囲気にて乾燥させ、次に液状のシリコンゴムを所定の厚みが得られるまで吹付けて１次加硫の後、２次加硫を２００℃の雰囲気で２時間から４時間をかけて行う。そして、表面に離型層として用いるフッ素樹脂との接着剤であるフッ素樹脂を主成分とするプライマーを塗布する。その後、自然乾燥若しくは、１００〜１５０℃の雰囲気にて乾燥を行い、フッ素樹脂塗料を塗布する。
【０００５】
フッ素樹脂はＰＦＡ（パーフルアロアルコキシ樹脂）、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）が一般に用いられ、ＰＦＡであれば、粉体として塗装が可能であり、塗装−回収によって再使用が出来るメリットがある。上記フッ素樹脂を主成分とするプライマー表面に、フッ素樹脂塗料を塗装した後、フッ素樹脂の融点以上の雰囲気に２０〜４０分放置し、焼成させてフッ素樹脂皮膜を得る。
【０００６】
上記、フッ素樹脂には定着ローラーに接する転写紙を分離する為に定着ローラーに当接する分離爪によって起こるフッ素樹脂皮膜の摩耗やプラス帯電トナーを用いた場合に発生するオフセットを防止する目的でカーボン、グラファイト、金属酸化物を添加することは公知である。
【０００７】
焼成した定着ローラー表面の皮膜は、このままでは表面が荒れており、転写紙上に形成されたトナーを良好に定着できず、品質の良い画質を得ることが出来ない。その為、この定着ローラー表面を研磨し、出来るだけ平滑に仕上げる。
【０００８】
従来の技術として、特許文献１、特許文献２、特許文献３が存在する。特許文献１には、クリーニング機構やＳｉオイル塗布によって離型を補っているが、クリーニング部材に加熱定着ローラーから拭き取ったトナーが溜まり、トナーが加熱定着ローラーに再転移してオフセットを発生させる為、加熱定着ローラーの研磨加工を行った後、再溶融させて、研磨目を除去する方法が開示されている。
【０００９】
特許文献２は、芯金表面にプライマーを処理し、フッ素ゴムからなる弾性層を加硫接着させ、その表面にプライマー層を介してＰＦＡ樹脂を静電粉体塗装により被覆し、その融点以上で焼成しＰＦＡ樹脂層を設けることが開示されている。
【００１０】
特許文献３には、加熱定着ローラーの通紙時に発生する帯電を除電させる狙いで、フッ素ゴムやシリコンゴムにカーボン粉末や金属粉末を添加し導電性にすることが開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６３−３１１２８７号公報
【特許文献２】
特公平６−９７３６９号公報
【特許文献３】
特公平６−８０４７４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
加熱定着ローラーの離型層表面への導電性を得る為の手段として、離型樹脂層に金属酸化物、カーボン等の導電物質を添加させる方法があるが、フッ素樹脂にこれら充填材を多量に添加させた場合、フッ素樹脂の溶融粘度が著しく上がり、焼成中に塗膜が脱離し、ピンホールが発生するといった欠陥や、焼成後の表面粗さが粗くなり、研磨加工によって必要以上に削り込まなければならないということがある。
【００１３】
また、近年の高画質化により、微細トナーが多く用いられる様になって来たが、上記、研磨加工を行うことで、研磨目の溝にトナーが入り込み、転写紙より発生する紙粉が介在することによって、トナーが離型性樹脂層表面に固着する現象が発生する。特許文献１に開示されている方法は、上述のようにクリーニング部材に加熱定着ローラーから拭き取ったトナーが加熱定着ローラーに再転移してオフセットを発生させるのを、加熱定着ローラーの研磨加工を行った後、再溶融させて、研磨目を除去している。しかし、上述の様に再溶融させてもトナー固着性に差異や変動があった。
【００１４】
また、予め押し出し成形により平滑化された、フッ素樹脂チューブを芯金より０．３〜１．０ｍｍのクリアランスを持たせた金型に芯金にチューブを装着した状態でセットし、芯金とチューブの間に一端より液状ゴムを注入する方法が知られているが、液状ゴムを注入する際の圧力によって、肉厚を薄くしようとする芯金では変形が発生すると云った不具合がある。
【００１５】
更に、特許文献２の方法では、フッ素ゴムやシリコンゴムは金属とは異なり、導通性が悪く、フッ素樹脂粉末に静電気を帯電させて吹付けた場合、フッ素樹脂粉末が両端部では付着しにくく、両端部に透けが発生し所定の膜厚が得にくいと云う欠点がある。
【００１６】
特許文献３に開示されている方法では、弾性層を導電性に処理させてもプライマー層上に、フッ素樹脂粉末を静電気を帯電させて吹付けた場合、同様に塗装ムラ、所定の膜厚が得られないと云う欠点がある。
【００１７】
そこで本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、省エネ化を狙いとした薄い肉厚からなる芯金を有する定着ローラにおいて、弾性層を付加させてもオイル塗布やクリーニング機構を設けることなく良好な非粘着性が得られる加熱定着ローラを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、加圧ローラーに圧接しながら回転することにより未定着トナーを転写紙に定着する少なくとも芯金、弾性体層、接着層、フッ素樹脂粉末焼成最表面層を順に有する定着ローラおいて、焼成した前記弾性体層表面を、ろ波最大うねり５μｍ以下にし、該弾性体層表面に、表面電気抵抗１×１０^１０Ω以下の接着層を設け、該接着層上にフッ素樹脂粉末を吹付け、フッ素樹脂層の表面を２５０℃〜３００℃に加熱し軸方向に圧力をかけて定着ローラを形成した定着ローラを最も主要な特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の定着ローラにおいて、前記接着層は、導電性カーボンを分散し、２〜１０μｍの厚みであることを主要な特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係わる加熱定着ローラの構成断面図である。アルミニウム合金等からなる芯金１の粗面化した表面にシリコン系等の接着層２を形成し、その上にシリコンゴム層等の弾性体層３をスプレーコーティング等で積層し、次いで、導電性カーボンを添加して表面抵抗値を低く変化させたシリコンゴム等の接着層４を塗布して、さらに、その表面にＰＦＡ等の樹脂粉末を静電塗装し、フッソ樹脂皮膜層５を焼成して皮膜にしたものである。
【００２１】
図２は加熱定着ローラの加工装置の構成説明図である。フッソ樹脂皮膜層　５の表面を平滑にさせためには、芯金１の両端を保持、回転させながら軸方向の一方より遠赤外線ヒーター６にて加熱させ、その反対方向より金属製のコロ７を押し当てフッソ樹脂皮膜を焼成する。
【００２２】
本発明の加熱定着ローラはフッソゴムやシリコンゴムを弾性層とする弾性層表面を、ろ波最大うねりを５μｍ以下とした接着層を介して、フッ素樹脂粉末を吹付け、焼成にて成膜させたフッ素樹脂層の表面を２５０℃〜３００℃に加熱し軸方向に圧力を掛けて形成させ、接着層の厚みは２〜１０μｍとする加熱定着ローラーである。
【００２３】
一般的にフッソ樹脂を含む結晶性高分子は結晶化すると球晶と呼ばれる核を中心として放射線状に多結晶が成長して球晶形態になる。球晶の核は不純物、フッソ樹脂の耐摩耗性や導電性効果を狙って添加するカーボン、金属酸化物の分散された粒子からなり、充填材が多くなれば球晶径も小さくなる。
【００２４】
また、フッソ樹脂皮膜の表面粗さはこの球晶同士の配列した状態を表わしており、この様な球晶を伴うフッソ樹脂皮膜を加熱定着ローラの離型層として用い転写紙上の画像を良好に定着させる為には、表面粗さを何らかの形で平滑にさせなければならないが、研磨で表面の凹凸部分を削ると、この球晶は部分的に削りとられ、次いで再溶融をさせて研磨目を除去させた場合でも新たに球晶が形成される。
【００２５】
この様な球晶の配列に注目すると球晶径が細かい程、表面粗さが小さくなるが、トナー画像を形成した転写紙を通紙し続けるとフッソ樹脂表面が荒らされ、ついにはトナー付着に至る。この球晶の配列とトナー付着の関係を観察した所、球晶と球晶の境界部にトナーが付着することが観察される。
【００２６】
本件出願人は、球晶と球晶の境界部は窪んでおり、球晶径が不揃いである程この球晶同士の軸方向に対して段差が大きくなり、この境界部の段差を小さくすることが、トナー付着を発生させない加熱定着ローラのフッソ樹脂皮膜に必要であることを見出した。
【００２７】
特に金属芯金のような硬質な表面に成膜するフッソ樹脂層の表面を金属コロで押圧することは圧力によって、容易に平滑化が可能であるが、弾性層の上に塗布したフッソ樹脂層表面を押圧した場合弾性層に樹脂層が押込まれるだけで、表面は容易には平滑化されず、圧力を増加すれば弾性層の方が破壊されてしまう。
【００２８】
これらのことから、弾性層上のフッソ樹脂皮膜で金属コロを押圧し容易に平滑な表面を得る方法としては、フッソ樹脂表面を２００℃〜３００℃に加熱させて軟化させることによって、はじめて可能となる。
【００２９】
更にフッソ樹脂層は、熱伝導の関係から、耐久寿命が確保されれば、薄い方が望ましく、１０〜２０μｍとした場合には弾性層の表面状態に沿って成膜する為、弾性層のうねりが大きいと金属コロで押圧を受ける部分のムラが生じ、前述した様に球晶が不揃いになる。
【００３０】
弾性層はスプレーでコーティングするほか、ロールコート、ブレードコート、ディッピングにより形成が可能で、例えば液状Ｓｉの粘度によって、塗布後のレベリング状態が変わり、加硫後に表面うねりとなる。
【００３１】
うねりを良好にする方法としては、液状Ｓｉの粘度を低下させたり、液状Ｓｉに添加するシリカや金属酸化物によって調整が可能である。また、加硫後の弾性層表面を研削や研磨することで小さくすることも可能である。
【００３２】
【実施例】
次に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
【００３３】
実施例
アルミニウム合金からなるφ５０、肉厚０．８ｍｍ、直径誤差０．０８以下とした芯金１をサンドブラストにて表面を粗面化し、その表面にシリコン系接着層２を形成し、更にシリコンゴム層３をスプレーコーティングで０．３ｍｍ程度になるよう積層し、１次加硫、２次加硫を行った後、シリコンゴム層表面を番手＃４００のサンドペーパーにて研磨し、次いで、シリコンゴム層３に導電性カーボンの添加量を変えて表面抵抗値を変化させた低抵抗接着層４を塗布した。この時、膜厚は１〜１０μｍで塗布、乾燥させ、表面にＰＦＡ樹脂粉末を静電塗装し、２０μｍのフッソ樹脂皮膜層５を焼成して皮膜にした。
【００３４】
芯金１の両端を保持、回転させながら軸方向の一方より遠赤外線ヒーター６にて加熱させ、その反対方向より金属製のコロ７を押し当て、フッソ樹脂皮膜層　５の表面を平滑にした。
【００３５】
上記の様にして製作した加熱定着ローラーの特性として、レーザー測長器を用いて、離型層膜厚（予めシリコンゴム層の外径を計測し、フッソ樹脂層を形成した後その外径からシリコンゴム層の外径を差し引いた値）を測定し、接触式表面粗さ測定器で表面粗さを測定した。
【００３６】
更に複写機（リコー製ｉｍａｇｉｏＭＦ５５７０）に搭載し、連続コピー時での定着性、２０万枚までの間欠コピーでのトナー固着、オフセット画像の発生の有無を測定した。この結果を表１に示す。
【００３７】
比較例１
また、比較例１として、上記の実施例と同一素材の芯金にサンドブラストによって表面粗さを実施例と同様に粗した後、シリコン系プライマー層を塗布し、シリコンゴムをスプレーコーティングにて厚さ０．３ｍｍに積層し、１次加硫、２次加硫を行った後、シリコンゴム層表面を番手＃４００のサンドペーパーで研磨した。次いで、フッソ系樹脂のみを添加し表面電気抵抗を低下させてない接着塗料を厚さ４μｍに塗布、乾燥させ、この表面にＰＦＡ樹脂粉末を静電塗装し、２０μｍのフッソ樹脂皮膜層を焼成して皮膜を形成した。
【００３８】
その後、焼成し、実施例と同様に金属製のコロにて押し当てて仕上げを行い、加熱定着ローラーの特性を実機で評価した。その結果を比較例１として、表１に記載した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
この結果から判る様に実施例と比較例では、各特性共に実施例の方が良好であり、複写機での間欠コピー時のトナー固着がなく実施例の方が良好であることが判る。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にによれば、加圧ローラーに圧接しながら回転することにより未定着トナーを転写紙に定着する少なくとも芯金、弾性体層、接着層、フッ素樹脂粉末焼成最表面層を順に有する定着ローラおいて、焼成した前記弾性体層表面を、ろ波最大うねり５μｍ以下にし、該弾性体層表面に、表面電気抵抗１×１０^１０Ω以下の接着層を設け、該接着層上にフッ素樹脂粉末を吹付け、フッ素樹脂層の表面を２５０℃〜３００℃に加熱し軸方向に圧力をかけて定着ローラを形成したことを特徴とする定着ローラにより、省エネ化を狙いとした薄い肉厚からなる芯金において、弾性層を付加させてもオイル塗布やクリーニング機構を設けることなく良好な非粘着性が得られる加熱定着ローラーを得ることができる。
【００４２】
請求項２の発明によれば、請求項１記載の定着ローラにおいて、接着層は、導電性カーボンを分散し、２〜１０μｍの厚みとしたことにより、複写機での間欠コピー時のトナー固着がなく良好な画像を得ることができる定着ローラを得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる加熱定着ローラーの構成断面図である。
【図２】本発明の加熱定着ローラーの加工装置の構成説明図である。
【符号の説明】
１　芯金
２　芯金表面接着層
３　弾性体層
４　低抵抗接着層
５　フッソ樹脂皮膜層
６　遠赤外線ヒーター
７　金属製コロ

Claims

加圧ローラーに圧接しながら回転することにより未定着トナーを転写紙に定着する少なくとも芯金、弾性体層、接着層、フッ素樹脂粉末焼成最表面層を順に有する定着ローラおいて、焼成した前記弾性体層表面を、ろ波最大うねり５μｍ以下にし、該弾性体層表面に、表面電気抵抗１×１０^１０Ω以下の接着層を設け、該接着層上にフッ素樹脂粉末を吹付け、フッ素樹脂層の表面を２５０℃〜３００℃に加熱し軸方向に圧力をかけて定着ローラを形成したことを特徴とする定着ローラ。
前記接着層は、導電性カーボンを分散し、２〜１０μｍの厚みとしたことを特徴とする請求項１記載の定着ローラ。