特許 6180790 定着用加圧ロール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6180790

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】定着用加圧ロール

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20170807BHJP

【ＦＩ】

   G03G15/20 515

【請求項の数】1

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-109632(P2013-109632)

(22)【出願日】2013年5月24日

(65)【公開番号】特開2014-228769(P2014-228769A)

(43)【公開日】2014年12月8日

【審査請求日】2016年4月18日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000226932

【氏名又は名称】日星電気株式会社

(72)【発明者】

【氏名】三浦 慎介

(72)【発明者】

【氏名】多田 賢一

(72)【発明者】

【氏名】白尾 俊二

【審査官】 平田 佳規

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−３０５０３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｇ １５／１６

Ｇ０３Ｇ １５／００− １５／０１

Ｆ１６Ｃ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコーンゴムからなる発泡弾性層の外層に、ソリッド層が接着層を介さず、一体成形により形成されるとともに、該ソリッド層上にフッ素樹脂からなるコーティング層が形成された定着用加圧ロールにおいて、
該定着用加圧ロールのロール硬度と該発泡弾性層の硬度との硬度差がアスカーＣで１０度以内であるとともに、
該ソリッド層の厚さが５０μｍ〜２０００μｍ、
該コーティング層の厚さが０．１μｍ以上１５．０μｍ未満、
該ソリッド層の表面粗さＲａが１．０μｍ〜１５．０μｍ、
ロール表面粗さＲａが１．０μｍ〜８．０μｍ
であることを特徴とする定着用加圧ロール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複写機やプリンタ等の定着部に使用される定着用ロール、就中、加圧ロールの低硬度化、ひいては、定着部の低ニップ圧化を実現可能とするだけでなく、排紙性、離型性、定着性、並びに、耐久性にも優れた加圧ロールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、平滑性および離型性に優れた定着用加圧ロールを得るために、柔軟性に優れる発泡弾性層を用いるとともに一体成形により発泡弾性層の表面にスキン層を設け、さらに、スキン層上に離型層としてフッ素樹脂チューブを被覆した定着用加圧ロールが知られている。（特許文献１）
最近では、エコに対応するための低温トナーが開発され、ニップ圧を以前のように大きくする必要が無く、十分なニップ幅を確保するだけで安定した定着性が得られるようになってきている。これに伴って、定着用加圧ロールの硬度も以前より低硬度で済むとともに、加圧ロールが印加するニップ圧も低ニップ圧で十分対応できるようになってきた。低硬度で低ニップ圧で対応できるようになると、定着部を構成する各部材に加わる押圧力も少なくなるので、定着部全体の耐久性も上がるという効果も期待できるようになる。
ところが、上記した従来のフッ素樹脂チューブを被覆したロールでは、薄いフッ素樹脂チューブ押出できないという、製造上の理由でチューブの厚さが２０μｍ以上となってしまう。それゆえ、厚くて、硬いフッ素樹脂チューブの硬度が加圧ロール全体の硬度を押し上げてしまい低硬度化が困難となる。
ここで、フッ素樹脂チューブの特性である硬度が高いのを補うため、極度に発泡弾性層の硬度を下げて、加圧ロール全体での硬度を無理矢理低硬度にできたとしても、今度は発泡弾性層が低硬度に成り過ぎて発泡弾性層が塑性変形したり、圧縮永久歪が大きくなってしまう等、加圧ロールの耐久性に大きな問題を生じてしまう。
さらに、樹脂製チューブなどの離型層を被せる方法では発泡弾性層から離型層が剥離しやすいという剥離の問題や離型層の表面にしわが発生するという問題を生じたり、密着性を強化するため離型層と発泡弾性層間に接着剤を施す必要があり製造上の工数が掛るという製造工程上の問題もある。
一方、エコに対応するため、近年、上述したトナーだけでなく、記録紙についても低価格の輸入品を採用したり、６５g/ｍ²程度の薄紙の使用も増えている。あるいは、紙の材質を変えた低価格の記録紙や表面の平滑度があまり良くないローコスト紙も採用されるようになってきており、各種の記録紙に対する排紙性、定着性、離型性、並びに耐久性に関しても加圧ロールとしての重要な要求事項となってきている。
それゆえ、発泡弾性層上に離型層を形成するフッ素樹脂を被覆した場合においても、加圧ロール全体での硬度と発泡弾性層の硬度の硬度差が小さく、低硬度化が実現できるとともに、排紙性、定着性、離型性、並びに耐久性にも優れた定着用加圧ロールが切望されている。

【0003】

【特許文献1】特開２００５−１７５３８号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の課題は、ロール全体での硬度と発泡弾性層との硬度差が少なく、低硬度化が実現できるとともに、排紙性、定着性、離型性、並びに、耐久性に優れた定着用加圧ロールを提供することにある。
また、本発明の課題は、生産性やコストにも優れた定着用加圧ロールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、一体成形により発泡弾性層の外層にソリッド層が施された２層構造とし、ソリッド層上にさらに、フッ素樹脂からなるコーティング層を被覆した定着用加圧ロールにおいて、ロール全体での硬度と発泡弾性層との硬度差を１０度以下と硬度差が少ない定着用加圧ロールとしたことを特徴とする。
また、本発明では、優れた排紙性、定着性、離型性、並びに、耐久性を実現するため、ソリッド層の表面粗さをＲａ１．０μｍ〜１５．０μｍ、ソリッド層の厚さを５０μｍ〜２０００μｍとするとともに、発泡弾性層がシリコーンゴムからなる場合は、コーティング層の厚さを０．１μｍ以上１５．０μｍ未満 としたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明の定着用加圧ロールは、以下のような顕著な効果が奏される。
（１）ロール全体での硬度と発泡弾性層との硬度差を少なくできるので、低硬度の発泡弾性層とすることで、ロール全体での硬度が低硬度の定着用加圧ロールが実現できる。
（２）発泡弾性層の外層にソリッド層が施された２層構造としたので、ソリッド層、或は、コーティング層のいずれかの厚さを調整することでロール全体での硬度調整が可能となるとともに、硬度調整範囲の自由度が増す。
（３）特別な材料の使用や加熱工程等を追加することなく、一体成形により発泡弾性層と同時に、その外表面にソリッド層が施された２層構造（各層は同一材質）を得られることから、２層間の剥離強度に優れる。
（４）ソリッド層を適度な表面粗さを有する構成とするとともに、ソリッド層と適度な厚さのコーティング層との相乗効果により排紙性、定着性、及び、離型性が向上する。
（５）ソリッド層の表面を研磨することなく、ふっ素樹脂ディスパージョンをコーティング層（離型層）として利用可能としたので、ソリッド層の切削加工工程の省略や離型層樹脂の使用量の削減が可能となり、生産効率の向上やコスト削減に貢献できる。
（６）表層フッ素樹脂層が薄い事により柔軟性が増している。 その為、ロールそのものの転がり係数を小さく出来、耐久寿命に優れたものができる。

【発明を実施するための最良の形態】

【0007】

本発明について、添付図面を参照しながら説明する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る定着用加圧ロールに離型層としてフッ素樹脂からなるコーティング層を施した一例を示す長手方向（軸方向）の断面図である。

【図2】図１の径方向の断面図である。なお、図１及び図２において、１は定着用加圧ロール（以下加圧ロールとする）、２は芯金、３は芯金２上に被覆された発泡弾性層、４は発泡弾性層３と一体成形されたソリッド層、５は離型層であるフッ素樹脂からなるコーティング層である。

【0009】

本発明の加圧ロール１は、発泡弾性層３の外層に、ソリッド層４が接着層を介さず、一体成形により形成されるとともに、ソリッド層４上にフッ素樹脂からなるコーティング層５が形成された加圧ロール１において、加圧ロール１のロール硬度と発泡弾性層３の硬度との硬度差が１０度以内であるとともに、ソリッド層４の厚さが５０μｍ〜２０００μｍ、発泡弾性層がシリコーンゴムからなる場合は、コーティング層５の厚さが０．１μｍ以上１５．０μｍ未満 であることを特徴としている。
こうすることにより、加圧ロール１全体での硬度と発泡弾性層３との硬度差が１０度以内と硬度差が少なく、ロール硬度がアスカーＣ２５〜Ｃ４０の低硬度化が実現できるとともに、定着性、及び、耐久性にも優れた加圧ロール１が得られる。
さらに、本発明では、加圧ロール１のロール硬度と発泡弾性層３の硬度との硬度差が１０度以内であるとともに、ソリッド層４の厚さが５０μｍ〜２０００μｍ、コーティング層５の厚さが０．１μｍ以上１５．０μｍ未満 で、さらに、ソリッド層４の表面粗度Ｒａが１．０μｍ〜１５．０μｍ、ロール表面粗さＲａが１．０μｍ〜８．０μｍであることを特徴としている。
こうすることにより、加圧ロール１全体での硬度と発泡弾性層３との硬度差が１０度以内と少なく、ロール硬度がアスカーＣ２５〜Ｃ４０の低硬度化が実現できるとともに、排紙性、定着性、離型性、並びに、耐久性にも優れた加圧ロール１が得られる。
さらに、本発明では、従来のように、ソリッド層４の表面を平滑に研磨することなく、ディスパージョンをコーティング層（離型層）５として利用可能としたので、ソリッド層４の切削加工工程の省略や離型層樹脂の使用量の削減が可能となり、生産性やコストにも優れた加圧ロール１が得られる。
先ず、本発明では、低硬度化を目指すため、加圧ロール１の全体でのロール硬度と発泡弾性層３の硬度との硬度差がアスカーＣで１０度以内としている。
これを実現するためには、ソリッド層４あるいはコーティング層５の厚さが厚過ぎるとロール全体での硬度（ロール硬度）が上がってしまい、逆に薄すぎると、ソリッド層４とコーティング層５間の剥離強度が得られなかったりするので、ソリッド層４の厚さは５０μｍ〜３０００μｍ、コーティング層５の厚さは以上１５．０μｍ未満 であることが好ましい。
なお、本発明では発泡弾性層３の外層にソリッド層４が施された２層構造としたので、ソリッド層４、或は、コーティング層５のいずれか一方の厚さを調整することでも、ロール全体での硬度調整が可能となるので、硬度調整範囲の自由度が増す。
なお、低硬度化したコーティング層５のロール硬度はアスカーＣ２５〜Ｃ４０に調整されていることが好ましい。
次に、本発明のもう一つの特徴である排紙性については、ソリッド層４の表面粗度とロール表面粗さが特に関連していることが実験で確認できた。
つまり、ソリッド層４の表面粗度が大きすぎる（粗い）とコーティング層５の表面粗さが、外層のコーティング層５に反映され、即ち、ロール表面粗さも粗くなりすぎ、画像の定着性に影響が出たり、排紙性が悪化し、耐久性も劣化する。
逆に、ソリッド層４の表面粗度が小さ過ぎる（滑らか過ぎる）とコーティング層５の表面、即ち、ロール表面の粗さが小さくなり過ぎて、逆に排紙性が悪化するので、ソリッド層４の表面粗度Ｒａは１．０μｍ〜１５．０μｍ、ロール表面粗さＲａが１．０μｍ〜８．０μｍとなることが好ましい。
なお、コーティング層５の表面粗さは、ソリッド層４の表面粗さに依存するものの、コーティング層５の厚さにも依存する。即ち、コーティング層５の厚さが厚くなるに従い、コーティング層５の表面粗さ、即ち、ロール表面粗さはコーティング液の粘度にも依るが、ソリッド層４の角が鈍り小さくなるので、ソリッド層４の表面粗さのみでなく、コーティング層５の厚さをも、加味した上で、ロール表面粗さＲａが１．０μｍ〜８．０μｍとなるよう調整する必要がある。
また、ソリッド層４の表面を粗す方法については、サンドブラスト、ケミカル処理等、従来の方法で対応すれば良い。
なお、ソリッド層４の厚さは５０μｍ〜２０００μｍ、コーティング層５の厚さは０．１μｍ以上１５．０μｍ未満 となることが好ましい。
次に、発泡弾性層３を構成する材料としては通常のシリコーンゴム、フッ素ゴム、プロピレンゴム等のゴム材が挙げられるが、特に好ましくはシリコーンゴムである。発泡弾性層３の硬度は、アスカーＣ２０〜Ｃ３５であることが好ましい。

【0010】

次に、本発明の定着用加圧ロールの製造方法について述べる。
まずシリコーンゴムに加硫剤および発泡剤を添加した原材料を準備する。このとき、加硫剤および発泡剤の配合比率は要求されるロールの硬度に応じて適宜選択すればよい。本発明では、ソリッド層４を形成するための特別な材料、例えば気化性固体粉末、あるいは、各層の界面への接着剤等は不要である。
まず始めに、原材料であるシリコーンゴムを、例えば押出機にてチューブ状に成形する。
次に、チューブ状成形体を加熱炉に入れて、所定の温度条件にて加熱して加硫・発泡させながら発泡弾性層３とソリッド層４の２層を同時に得る。この際、加熱炉としては熱風循環機、ビーズ加硫炉が用いられる。
ソリッド層４の厚さは、温度条件を変えることにより、調整が可能である。
最後に、上記の中空円筒状のソリッド層４を有する発泡弾性層３を芯金２上に、接着剤などを介して被覆・固着させることにより、芯金２とソリッド層４を有する発泡弾性層３が一体化される。
本発明において、芯金２の材料としては鉄、ＳＵＳ，アルミニウムが適している。芯金自体のサイズは、軸方向の長さが２０５ｍｍ〜４００ｍｍ、外径が６ｍｍ〜３０ｍｍ程度のものが用いられる。この芯金２の外周に、予めサンドブラスト等の粗面化処理を行っておくと、後工程で芯金上に被覆するシリコーンゴム発泡体との接着強度が向上する。また、接着剤については特に制約はなく、通常のシリコーンゴム系の接着剤が代表的に採用され、併せて接着剤の厚さについても特に制約はなく、ロールの要求特性に応じて適宜選択すればよい。
なお、ソリッド層４の表面粗さは、サンドブラストにて所定の表面粗さになるよう調整すれば良い。

【0011】

さらに、この後、ソリッド層４上に、離型層としてのフッ素樹脂からなるコーティング層５を形成すれば、本発明の定着用加圧ロール１が完成する。
コーティングするフッ素樹脂材質は特に指定しないが、離型性が優れるＰＦＡ等のフッ素樹脂が望ましい。
また、ＰＦＡ樹脂からなるディスパージョンをコーティング層５として利用することで、プライマーを塗布する工程が省けるとともに、離型層樹脂の使用量の削減が可能となり、生産効率の向上やコスト削減が可能となる。

【0012】

以下は、図１及び図２に示した定着用加圧ロールの製造例である。
「実施例」
未加硫のシリコーンゴム（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、商品名「ＸＥ−Ｂ３７６１」）１００部に加硫剤（信越化学工業（株）製、商品名「Ｃ−２３」）１．２部、加硫剤（信越化学工業（株）製、商品名「Ｃ−３」）３．５部、発泡剤（信越化学工業（株）、商品名「ＫＥ−Ｐ−１３」）を３．５部添加したシリコーンゴム材料を押出し成形機にて押出し成形する。
その後、最適条件にて加熱・加硫して、外表面にソリッド層４が形成された発泡弾性層３を作成する。
このソリッド層４が形成された発泡弾性層３を、接着剤（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製、商品名「ＴＳＥ３２２」が塗布された外径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍのアルミニウム芯金２上に被覆する。
その後、ソリッド層４の表面粗さは、サンドブラストにて所定の表面粗さになるよう調整した。
最後に、ソリッド層４上にコーティング層５としてＰＦＡ樹脂ディスパージョンを所定の厚さとなるよう塗布して、コーティング層５を有する定着用加圧ロール１を得た。

【0013】

実施例の定着用加圧ロールにおいて、発泡層３の硬度、ソリッド層４の厚さ、コーティング層５の厚さ、ロール硬度に対する、定着用加圧ロールとして低硬度化、定着性、並びに、耐久性の評価結果を表１に示す。
また、ソリッド層４の厚さ、ソリッド層４の粗さ、コーティング層５の厚さ、ロール表面粗さに対する、排紙性、離型性、及び、耐久性の評価結果についても表２に示す。
さらに、発泡層３の硬度、ソリッド層４の厚さ、ソリッド層４の粗さ、コーティング層５の厚さ、ロール表面粗さ、ロール硬度に対する、定着性、排紙性、離型性、及び、耐久性の評価結果についても表３に示す。

【表1】

【0014】

表１の評価結果について、以下に述べる。
ソリッド層の厚さ、或は、コーティング層の厚さが厚くなるに従い、ロール全体でのロール硬度は大きくなる。
取り分け、コーティング層のフッ素樹脂は硬度アスカーＣ５５〜６０と高いので、硬度がフッ素樹脂より、はるかに低いシリコーンゴムからなるソリッド層よりも硬度を高める要因となる。それゆえ、ソリッド層の厚さが２０００μｍの実施例３と４の場合でも、ロール硬度はそれほど上昇しない。
一方、比較例1〜３のチューブ被覆では離型層の厚さの下限値が、コーティング層と比較し大きく、ロール全体でのローラ硬度と発泡層硬度との硬度差が１１以上と大きくなってしまう。この傾向は発泡層の硬度を変えても余り変化しない。
また、比較例１では発泡層の硬度が低くなると圧縮永久歪が大きくなり耐久性に問題を生じてくる。
これに対して、実施例１〜７に示す実施例では、全ての実施例に渡って、ロール全体でのロール硬度と発泡層硬度との硬度差が５〜９と１０以下が実現できている。
従って、実施例では、ロール全体でのロール硬度と発泡層硬度との硬度差がチューブ被覆と比べ低くできるので、低硬度が実現できるのは勿論のこと、ソリッド層の厚さ、とコーティング層の厚さを互いに調整することで自由にロール硬度設定が可能となり発泡層の硬度の選択枝も広がり、設計の自由度が増す。
以上より、実施例１〜７からソリッド層の厚さが５０μｍ〜２０００μｍ、コーティング層の厚さが０．１μｍ以上１５．０μｍ未満で低硬度化ができるとともに、定着性、耐久性にも優れていることが分かる。

【0015】

次に、ソリッド層４の厚さ、ソリッド層４の粗さ、コーティング層５の厚さ、ロール表面粗さに対する、排紙性、離型性、及び、耐久性の評価結果について表２に示す。

【表2】

【0016】

表２の評価結果について、以下に述べる。
比較例４〜５では、コーティング層の厚さが薄いため、ソリッド層の小さい粗さが、そのままロール表面粗さとなって現われる。このため、ロール表面の粗さが小さく、排紙性、或いは、離型性に問題を生じている。
一方、比較例６〜７では、ソリッド層の粗さが大き過ぎ、これに伴い、ロール表面粗さも大きくなり過ぎ、排紙性、離型性、或いは、耐久性に問題を生じている。
これに対して、実施例８〜１２では、発泡層の硬度が２０〜３５と変化しても、ソリッド層の粗さが適度であり、ロール表面粗さも、コーティング層の厚さで調整できるので、全ての実施例で、排紙性、離型性、耐久性が実現できている。
以上より、実施例８〜１２から、ソリッド層の表面粗さＲａが１．０μｍ〜１５．０μｍ、ロール表面粗さＲａが１．０μｍ〜８．０μｍで、排紙性、離型性、耐久性にも優れていることが分かる。

【0017】

最後に、表１の発泡層３の硬度、ソリッド層４の厚さ、コーティング層５の厚さ、ロール硬度に対する、低硬度化、定着性、及び、耐久性の評価の結果と、表２のソリッド層４の粗さ、ロール表面粗さに対する、排紙性、離型性、耐久性の評価結果を考慮した、発泡層３の硬度、ソリッド層４の厚さ、ソリッド層４の粗さ、コーティング層５の厚さ、並びに、ロール表面粗さに対する、低硬度化、定着性、排紙性、離型性、並びに、耐久性の評価結果を表３に示す。

【表3】

【0018】

表３の評価結果について、以下に述べる。
実施例１３〜１９の全ての実施例で、ロール硬度と発泡層の硬度差が１０以内で、且つ、アスカーＣ４０度以下の低硬度化、定着性、排紙性、離型性 並びに、耐久性に優れているので、実施例１３〜１９が最も好ましい態様であることが確認できた。

【0019】

なお、各特性の測定方法については、以下の通りである。
硬度アスカーＣはＪＩＳ Ｋ ６２５３Ｅ、表面粗度の大きさはＪＩＳ Ｂ ０６０１に記載の測定方法による。
また、定着性、離型性、耐久性に関しては、上記の方法にて作成した加圧ロールを定着装置に組込み、実機（コピー機）に使用し、通紙試験を行ない、印刷画質、オフセツトの有無、しわの発生等を確認した。
なお、通紙試験に使用した紙は低級紙（名称：ＣＯＰＹ ＰＯＷＥＲ、重量：８０ｇ／ｍ^２、インド製）とした。

【産業上の利用可能性】

【0020】

本発明は、複写機等の定着部に使用される定着用加圧ロール全般に利用することができる。
その他、プリンタあるいは印刷機のロールとしても利用することができる。

【符号の説明】

【0021】

１ 定着用加圧ロール
２ 芯金
３ 発泡弾性層
４ ソリッド層
５ コーティング層（離型層）

【図1】

【図2】